JP2024500325A - carbon dioxide capture - Google Patents

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Abstract

CO2を希釈気体混合物から除去するためのシステムは、複数の構造部材を備えるフレームと、1つまたは複数の充填物シートを含む少なくとも1つの充填物区域であって、1つまたは複数の充填物シートは、複数のマクロ構造を含む、少なくとも1つの充填物区域と、少なくとも1つの充填物区域の下方に少なくとも部分的に位置決めされ、CO2回収溶液を保持するように構成される1つまたは複数の液溜め部と、少なくとも1つの充填物区域を通じてCO2含有ガスを循環させるように位置決めされる少なくとも1つのファンと、CO2回収溶液を少なくとも1つの充填物区域へと流すように構成される液体分配システムとを含む。The system for removing CO2 from a dilute gas mixture comprises: a frame comprising a plurality of structural members; and at least one packing section comprising one or more packing sheets; at least one fill area including a plurality of macrostructures and one or more fluids positioned at least partially below the at least one fill area and configured to retain a CO2 capture solution. a reservoir, at least one fan positioned to circulate the CO2-containing gas through the at least one fill area, and a liquid distribution system configured to flow the CO2 recovery solution to the at least one fill area. including.

Description

本開示は、二酸化炭素を回収するためのシステム、装置、および方法を説明する。 This disclosure describes systems, devices, and methods for capturing carbon dioxide.

大気から二酸化炭素(CO2)を回収することは、温室効果ガス排出を低減し、気候変動を減速させる1つの手法である。しかしながら、産業施設の燃焼排気などの点発生源からのCO2回収のために設計された多くの技術は、著しく低いCO2濃度、および処理する必要のある大量の空気に起因して、大気からCO2を回収するときに概して日効果的である。近年、大気からCO2を直接的に回収するのにより良く適合された技術の発見において進展があった。これらの直接空気回収(DAC)システムには、活性剤が基材に付着させられる固体吸着剤を使用するものがある。これらのDACシステムは、典型的には、周期的な吸着-脱着プロセスを用い、その場合、固体吸着剤は、CO2で飽和させられた後、湿気または熱スイングを使用してCO2を放出し、再生させられる。固体吸着剤DACシステムは、高いサイクル収率を有することができるが、大規模な展開は、バッチ処理に固有の保守の要件に起因して、困難である。 Capturing carbon dioxide (CO 2 ) from the atmosphere is one way to reduce greenhouse gas emissions and slow climate change. However, many technologies designed for CO2 capture from point sources, such as flue gas from industrial facilities, are unable to capture CO2 from the atmosphere due to significantly lower CO2 concentrations and the large volumes of air that need to be processed. Generally effective when capturing CO2 . In recent years, progress has been made in discovering technologies that are better adapted to capturing CO2 directly from the atmosphere. Some of these direct air capture (DAC) systems use solid adsorbents where the active agent is attached to a substrate. These DAC systems typically use a cyclic adsorption-desorption process in which a solid adsorbent is saturated with CO2 and then releases the CO2 using moisture or a thermal swing. and can be played. Although solid adsorbent DAC systems can have high cycle yields, large-scale deployment is difficult due to the maintenance requirements inherent in batch processing.

他のDACシステムは、CO2を大気から回収するために、液体吸着剤(溶媒と称されることもある)を使用する。このような気体-液体接触システムの例は、冷却塔の設計に基づかれるものであり、そこでは、液体吸着剤を含む溶液で濡らされた大きな表面積の充填物にわたって空気を引き込むために、ファンが使用される。空気におけるCO2は液体吸着剤と反応する。濃い溶液は、薄い溶液を再生するために、および、濃縮されたCO2の流動を放出するために、下流でさらに処理される。冷却塔に基づいて設計されるDACシステムは、いくつかの商業的に利用可能な機器の他に、既存の供給網および関連する設備を用いること、および、特定の環境において他の環境より効率的に動作することができることが部分的な理由で、有利である。DACシステムは、簡単に保守可能で、動作的に柔軟であることが望ましい。 Other DAC systems use liquid adsorbents (sometimes referred to as solvents) to capture CO2 from the atmosphere. An example of such a gas-liquid contact system is based on cooling tower design, where a fan is used to draw air across a large surface area packing wetted with a solution containing a liquid adsorbent. used. CO2 in the air reacts with the liquid adsorbent. The thick solution is further processed downstream to regenerate the thin solution and release a stream of concentrated CO2 . DAC systems designed based on cooling towers use existing supply networks and associated equipment, as well as some commercially available equipment, and are more efficient in certain environments than others. It is advantageous, in part, because it can be operated on. It is desirable that the DAC system be easily maintainable and operationally flexible.

例示的な実装では、CO2を希釈気体混合物から除去するためのシステムが、複数の構造部材を備えるフレームと、1つまたは複数の充填物シートを備える少なくとも1つの充填物区域であって、1つまたは複数の充填物シートは、複数のマクロ構造を備える、少なくとも1つの充填物区域と、少なくとも1つの充填物区域の下方に少なくとも部分的に位置決めされ、CO2回収溶液を保持するように構成される1つまたは複数の液溜め部と、少なくとも1つの充填物区域を通じてCO2含有ガスを循環させるように位置決めされる少なくとも1つのファンと、CO2回収溶液を少なくとも1つの充填物区域へと流すように構成される液体分配システムとを含む。 In an exemplary implementation, a system for removing CO2 from a dilute gas mixture comprises a frame comprising a plurality of structural members and at least one packing area comprising one or more packing sheets, the system comprising: a frame comprising a plurality of structural members; The one or more packing sheets are positioned at least partially below the at least one packing area and the at least one packing area and are configured to retain a CO 2 capture solution. at least one fan positioned to circulate the CO 2 -containing gas through the at least one packing section and supplying the CO 2 recovery solution to the at least one packing section. a liquid distribution system configured to flow.

例示的な実装と組み合わせ可能な態様において、少なくとも1つの充填物区域およびファンは、CO2含有ガスを、CO2回収溶液に対して交差流の構成で、少なくとも1つの充填物区域を通じて流すように構成される。 In aspects combinable with the exemplary implementation, the at least one packing section and the fan flow the CO2- containing gas through the at least one packing section in a cross-flow configuration relative to the CO2 recovery solution. configured.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、少なくとも1つの充填物区域およびファンは、CO2含有ガスを、CO2回収溶液に対して向流の構成で、少なくとも1つの充填物区域を通じて流すように構成される。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the at least one packing section and the fan direct the CO 2 -containing gas in a countercurrent configuration relative to the CO 2 recovery solution through the at least one packing section. Configured to flow through the area.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、CO2回収溶液は、KOHを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the CO2 recovery solution comprises KOH.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、液体分配システムは、フレームの上部またはその近くに位置決めされる1つまたは複数の上液溜め部と、1つまたは複数の上液溜め部の下方で、少なくとも1つの充填物区域の中に位置決めされる1つまたは複数の再分配システムと、フレームの下部またはその近くに位置決めされる1つまたは複数の下液溜め部とを備える。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the liquid distribution system includes one or more upper reservoirs positioned at or near the top of the frame; and one or more upper reservoirs. one or more redistribution systems positioned in the at least one fill area below the section and one or more lower sump sections positioned at or near the bottom of the frame.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、1つまたは複数の充填物シートは、第1の角度での漸進通路の第1のセットと、第1の角度より大きい第2の角度での漸進通路の第2のセットとを備える。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the one or more filler sheets have a first set of progressive passages at a first angle and a second set of progressive passages at a first angle greater than the first angle. and a second set of progressive passages at an angle.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、第1の角度は15度であり、第2の角度は45度以下である。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the first angle is 15 degrees and the second angle is 45 degrees or less.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、1つまたは複数の液溜め部のうちの少なくとも1つから少なくとも1つの充填物区域へのCO2回収溶液の流れは、膜流れ状態を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the flow of the CO 2 recovery solution from at least one of the one or more reservoirs to the at least one packing section is in a membrane flow state. including.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、1つまたは複数の充填物シートは親水性表面被覆を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the one or more filler sheets are provided with a hydrophilic surface coating.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、親水性表面被覆はセルロース被覆を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the hydrophilic surface coating comprises a cellulose coating.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、セルロース被覆はエチレン酢酸ビニル(EVA)層とセルロース層とを備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the cellulose coating comprises an ethylene vinyl acetate (EVA) layer and a cellulose layer.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、セルロース被覆は、カレンダ加工で、親水性充填物材料の1つまたは複数の層に適用される。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the cellulose coating is applied to one or more layers of hydrophilic filler material with calendering.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、親水性表面被覆は、親水性充填物材料の1つまたは複数の層の各々の両側に適用される。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, a hydrophilic surface coating is applied to both sides of each of the one or more layers of hydrophilic filler material.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、親水性表面被覆はアクリル被覆を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the hydrophilic surface coating comprises an acrylic coating.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、アクリル被覆は、ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体または自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンのうちの少なくとも一方を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the acrylic coating comprises at least one of a urethane-acrylic hybrid copolymer or a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、アクリル被覆は複数のアクリル層を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the acrylic coating comprises multiple acrylic layers.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数のアクリル層は、ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体または自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンの第1のアクリル層と、自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンと混合されたウレタン-アクリルハイブリッド共重合体の第2のアクリル層とを備える。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the plurality of acrylic layers comprises a first acrylic layer of a urethane-acrylic hybrid copolymer or a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion; a second acrylic layer of a urethane-acrylic hybrid copolymer mixed with a copolymer emulsion.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、親水性表面被覆はファウリング層を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the hydrophilic surface coating comprises a fouling layer.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、1つまたは複数の充填物シートは親水性表面処理を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, one or more filler sheets include a hydrophilic surface treatment.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、親水性表面処理は、プラズマ処理、火炎処理、コロナ処理、または化学処理のうちの少なくとも1つを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the hydrophilic surface treatment comprises at least one of plasma treatment, flame treatment, corona treatment, or chemical treatment.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数のマクロ構造は、波形、溝、ヘリンボーン、または通路のうちの少なくとも1つを備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the plurality of macrostructures comprises at least one of corrugations, grooves, herringbones, or channels.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、1つまたは複数の充填物シートは複数のミクロ構造をさらに備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the one or more filler sheets further comprise a plurality of microstructures.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数のミクロ構造は、波形と非平行である複数の隆条を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the plurality of microstructures comprises a plurality of ridges that are non-parallel to the corrugations.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、波形は、1つまたは複数の液溜め部から少なくとも1つの充填物区域へのCO2回収溶液の流れの方向とアラインされる。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the corrugations are aligned with the direction of flow of the CO2 recovery solution from the one or more reservoirs to the at least one packing section.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数のミクロ構造は、隆条、窪み、小孔、エッチング、顆粒、繊維、穿孔、またはこれらの組み合わせのうちの少なくとも1つを備える。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the plurality of microstructures comprises at least one of ridges, depressions, pores, etchings, granules, fibers, perforations, or combinations thereof. .

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、隆条は複数の交差流動隆条を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the ridge comprises a plurality of intersecting flow ridges.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、1つまたは複数の充填物シートは、1つまたは複数の充填物シートの少なくとも一部分を覆う少なくとも1つの親水性被覆を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the one or more filler sheets include at least one hydrophilic coating covering at least a portion of the one or more filler sheets.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、少なくとも1つの親水性被覆はセルロース層と、EVA層またはPVC接着剤層のうちの少なくとも一方とを備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the at least one hydrophilic coating comprises a cellulose layer and at least one of an EVA layer or a PVC adhesive layer.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、少なくとも1つの親水性被覆は少なくとも1つのアクリル被覆を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the at least one hydrophilic coating comprises at least one acrylic coating.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、少なくとも1つのアクリル被覆は、ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体または自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンのうちの少なくとも一方を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the at least one acrylic coating comprises at least one of a urethane-acrylic hybrid copolymer or a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、少なくとも1つのアクリル被覆は、ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体または自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンを備える第1のアクリル層と、自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンと混合されたウレタン-アクリルハイブリッド共重合体を備える第2のアクリル層とを備える。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the at least one acrylic coating comprises a first acrylic layer comprising a urethane-acrylic hybrid copolymer or a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion; a second acrylic layer comprising a urethane-acrylic hybrid copolymer mixed with an acrylic copolymer emulsion.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体は、自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンと、20/80、80/20、または50/50のうちの1つの割合で混合する。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the urethane-acrylic hybrid copolymer is combined with a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion of 20/80, 80/20, or 50/50. Mix in one proportion.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、少なくとも1つの親水性被覆はファウリング層を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the at least one hydrophilic coating comprises a fouling layer.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、1つまたは複数の充填物シートは親水性材料組成を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, one or more filler sheets include a hydrophilic material composition.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、親水性材料組成はPVC樹脂またはビニル化合物を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the hydrophilic material composition comprises a PVC resin or a vinyl compound.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、親水性材料組成は、成形型および真空成形加工により親水性充填物材料の1つまたは複数の層へと形成される。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the hydrophilic material composition is formed into one or more layers of hydrophilic filler material by a mold and vacuum forming process.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、CO2回収溶液は低表面張力のCO2回収溶液を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the CO 2 capture solution comprises a low surface tension CO 2 capture solution.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、低表面張力のCO2回収溶液は、少なくとも1つの充填物区域に吹き付けられる噴霧CO2回収溶液を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the low surface tension CO 2 capture solution comprises an atomized CO 2 capture solution that is sprayed onto at least one packing area.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、低表面張力のCO2回収溶液は速度向上添加物を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the low surface tension CO 2 capture solution includes a rate-enhancing additive.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、速度向上添加物は、炭酸脱水酵素、ピペラジン、MEA、DEA、トリアザサイクル亜鉛、テトラアザサイクル亜鉛、グリシン酸銅、ヒドロキソペンタアミンコバルト過塩素酸塩、ホルムアルデヒド水和物、サッカロース、フルクトース、グルコース、フェノール、フェノレート、グリセリン、亜ヒ酸塩、次亜塩素酸塩、次亜臭素酸塩、または他のオキシアニオン種のうちの少なくとも1つを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the speed-enhancing additive is carbonic anhydrase, piperazine, MEA, DEA, zinc triazacycyl, zinc tetraazacycyl, copper glycinate, cobalt hydroxopentamine. at least of perchlorate, formaldehyde hydrate, sucrose, fructose, glucose, phenol, phenolate, glycerin, arsenite, hypochlorite, hypobromite, or other oxyanionic species Including one.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、速度向上添加物は、CO2回収溶液内の1つまたは複数のカプセルにおいて不動とされる。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the rate-enhancing additive is immobilized in one or more capsules within the CO2 recovery solution.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、1つまたは複数の充填物シートは速度向上添加物を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, one or more filler sheets include a speed-enhancing additive.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、速度向上添加物は、炭酸脱水酵素、ピペラジン、MEA、DEA、トリアザサイクル亜鉛、テトラアザサイクル亜鉛、グリシン酸銅、ヒドロキソペンタアミンコバルト過塩素酸塩、ホルムアルデヒド水和物、サッカロース、フルクトース、グルコース、フェノール、フェノレート、グリセリン、亜ヒ酸塩、次亜塩素酸塩、次亜臭素酸塩、または他のオキシアニオン種のうちの少なくとも1つを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the speed-enhancing additive is carbonic anhydrase, piperazine, MEA, DEA, zinc triazacycyl, zinc tetraazacycyl, copper glycinate, cobalt hydroxopentamine. at least of perchlorate, formaldehyde hydrate, sucrose, fructose, glucose, phenol, phenolate, glycerin, arsenite, hypochlorite, hypobromite, or other oxyanionic species Including one.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、1つまたは複数の充填物シートは、速度向上添加物を含む速度向上被覆を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the one or more filler sheets are provided with a speed-enhancing coating that includes a speed-enhancing additive.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、1つまたは複数の充填物シートは複数の溶解可能固体を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the one or more filler sheets include a plurality of dissolvable solids.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数の溶解可能固体は炭酸カルシウム(CaCO3)または炭酸カリウム(K2CO3)のうちの少なくとも一方を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the plurality of soluble solids comprises at least one of calcium carbonate (CaCO 3 ) or potassium carbonate (K 2 CO 3 ).

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、CO2回収溶液は苛性回収溶液を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the CO2 recovery solution comprises a caustic recovery solution.

他の例示的な実装において、二酸化炭素(CO2)を回収するためのシステムを動作させる方法が、CO2を含む希釈気体混合物を気体-液体接触器の1つまたは複数の充填物区域へと流すステップと、気体-液体接触器の1つまたは複数の充填物区域にわたって回収溶液を流すステップであって、1つまたは複数の充填物区域は、少なくとも1つの充填物シートを含み、少なくとも1つの充填物シートは、複数のマクロ構造を備える、ステップと、CO2希薄ガスを生成するために、希釈気体混合物を回収溶液と反応させるステップと、気体-液体接触器からCO2希薄ガスを放出するためにファンを動作させるステップと含む。 In another exemplary implementation, a method of operating a system for capturing carbon dioxide (CO 2 ) includes directing a dilute gas mixture containing CO 2 to one or more fill areas of a gas-liquid contactor. flowing the recovered solution over one or more packing sections of the gas-liquid contactor, the one or more packing sections including at least one packing sheet and at least one packing section; The packing sheet comprises a plurality of macrostructures, including the steps of: reacting the diluted gas mixture with a recovery solution to produce CO2 diluted gas; and releasing the CO2 diluted gas from the gas-liquid contactor. including the step of operating the fan.

例示的な実装と組み合わせ可能な態様において、少なくとも1つの充填物シートは、少なくとも1つの充填物シートの少なくとも一部分を覆う親水性被覆を備える。 In embodiments combinable with exemplary implementations, at least one filler sheet comprises a hydrophilic coating covering at least a portion of the at least one filler sheet.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、親水性被覆は少なくとも1つのアクリル被覆を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the hydrophilic coating comprises at least one acrylic coating.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、少なくとも1つのアクリル被覆は、ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体または自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンのうちの少なくとも一方を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the at least one acrylic coating comprises at least one of a urethane-acrylic hybrid copolymer or a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、少なくとも1つのアクリル被覆は、ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体または自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンを備える第1のアクリル層と、自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンと混合されたウレタン-アクリルハイブリッド共重合体を備える第2のアクリル層とを備える。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the at least one acrylic coating comprises a first acrylic layer comprising a urethane-acrylic hybrid copolymer or a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion; a second acrylic layer comprising a urethane-acrylic hybrid copolymer mixed with an acrylic copolymer emulsion.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体は、自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンと、20/80、80/20、または50/50のうちの1つの割合で混合する。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the urethane-acrylic hybrid copolymer is combined with a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion of 20/80, 80/20, or 50/50. Mix in one proportion.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、親水性被覆は、セルロース層と、EVAまたはPVC接着剤のうちの少なくとも一方を含む接着層とを備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the hydrophilic coating comprises a cellulosic layer and an adhesive layer comprising at least one of an EVA or PVC adhesive.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、親水性被覆はファウリング層を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the hydrophilic coating comprises a fouling layer.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数のマクロ構造は、波形、溝、ヘリンボーン、または通路のうちの少なくとも1つを備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the plurality of macrostructures comprises at least one of corrugations, grooves, herringbones, or channels.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、少なくとも1つの充填物シートは複数のミクロ構造を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, at least one filler sheet comprises a plurality of microstructures.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数のミクロ構造は、穿孔、隆条、窪み、小孔、エッチング、顆粒、または繊維のうちの少なくとも1つを備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the plurality of microstructures comprises at least one of perforations, ridges, depressions, pores, etchings, granules, or fibers.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、隆条は複数の交差流動隆条を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the ridge comprises a plurality of intersecting flowing ridges.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、CO2を含む希釈気体混合物を気体-液体接触器の1つまたは複数の充填物区域へと流すステップは、1つまたは複数の充填物区域の下方に位置決めされる吸気プレナムへと希釈気体混合物を引き込むことを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, flowing the dilute gas mixture comprising CO2 into the one or more packing sections of the gas-liquid contactor comprises and drawing the diluted gas mixture into an intake plenum positioned below the storage area.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、CO2を含む希釈気体混合物を気体-液体接触器の1つまたは複数の充填物区域へと流すステップは、希釈気体混合物を、1つまたは複数の充填物区域を通じて、回収溶液の平均液体流れ方向と平行である平均気体流れ方向において循環させることを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, flowing the dilute gas mixture comprising CO2 into the one or more packing sections of the gas-liquid contactor comprises directing the dilute gas mixture to 1 circulating through one or more packing sections in an average gas flow direction that is parallel to an average liquid flow direction of the collected solution.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、回収溶液を気体-液体接触器の1つまたは複数の充填物区域にわたって流すステップは、回収溶液を、0L/m2sから10L/m2sまでの範囲の液体充填速さで流すことを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, flowing the recovery solution over one or more packing sections of the gas-liquid contactor comprises flowing the recovery solution from 0 L/m 2 s to 10 L/m 2 s. Including flowing at liquid filling velocities ranging up to m 2 s.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、少なくとも1つの充填物シートは複数の溶解可能固体を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, at least one filler sheet comprises a plurality of dissolvable solids.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数の溶解可能固体は炭酸カルシウム(CaCO3)または炭酸カリウム(K2CO3)のうちの少なくとも一方を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the plurality of soluble solids comprises at least one of calcium carbonate (CaCO 3 ) or potassium carbonate (K 2 CO 3 ).

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、回収溶液は苛性溶液を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the recovery solution comprises a caustic solution.

他の例示的な実装において、CO2回収溶液を分配するための装置が、CO2回収溶液とCO2含有ガスとを接触させるように位置決めされる複数の充填物シートを備える充填物区域を備え、充填物区域の第1の端から充填物区域の第2の端への距離が2メートルから10メートルの間である。 In another exemplary implementation, an apparatus for dispensing a CO 2 capture solution comprises a packing area comprising a plurality of packing sheets positioned to contact the CO 2 capture solution and the CO 2 -containing gas. , the distance from the first end of the filling area to the second end of the filling area is between 2 meters and 10 meters.

例示的な実装と組み合わせ可能な態様において、液体充填速さは0L/m2sから10L/m2sまでの範囲である。 In embodiments combinable with exemplary implementations, the liquid filling rate ranges from 0 L/m 2 s to 10 L/m 2 s.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、CO2回収溶液は苛性回収溶液を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the CO2 recovery solution comprises a caustic recovery solution.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数の充填物シートのうちの少なくとも1つの充填物シートは複数のマクロ構造を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, at least one filler sheet of the plurality of filler sheets comprises a plurality of macrostructures.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数のマクロ構造は、波形、溝、ヘリンボーン、または通路のうちの少なくとも1つを備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the plurality of macrostructures comprises at least one of corrugations, grooves, herringbones, or channels.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、波形のうちの少なくとも1つは0.5インチから4インチまでの幅を有する。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, at least one of the corrugations has a width of 0.5 inches to 4 inches.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数の充填物シートの各々の充填物シートは、複数の充填物シートのうちの他の充填物シートから少なくとも0.2インチは離して位置決めされる。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, each filler sheet of the plurality of filler sheets is positioned at least 0.2 inches apart from other filler sheets of the plurality of filler sheets. be done.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数の充填物シートのうちの少なくとも1つの充填物シートは複数のミクロ構造を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, at least one filler sheet of the plurality of filler sheets comprises a plurality of microstructures.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数のミクロ構造の各々のミクロ構造は、幅が10mm未満である。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, each microstructure of the plurality of microstructures is less than 10 mm wide.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数のミクロ構造の各々のミクロ構造は、隆条、窪み、小孔、エッチング、顆粒、繊維、または穿孔のうちの少なくとも1つで成形される。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the microstructures of each of the plurality of microstructures are at least one of ridges, depressions, pores, etchings, granules, fibers, or perforations. molded.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、隆条の各々は、CO2回収溶液の流れ方向に対して非平行な角度で向き付けられる長さを有する。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, each of the ridges has a length that is oriented at an angle non-parallel to the flow direction of the CO 2 capture solution.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、非平行な角度は垂直の角度を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the non-parallel angles include perpendicular angles.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数の充填物シートのうちの少なくとも1つの充填物シートは、少なくとも1つの充填物シートの少なくとも一部分を覆う少なくとも1つの親水性被覆を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, at least one filler sheet of the plurality of filler sheets has at least one hydrophilic coating covering at least a portion of the at least one filler sheet. include.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、少なくとも1つの親水性被覆は第1の親水性被覆が、セルロース層と、EVA層またはPVC接着剤層のうちの少なくとも一方とを備える。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the at least one hydrophilic coating comprises a first hydrophilic coating comprising a cellulose layer and at least one of an EVA layer or a PVC adhesive layer. .

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、セルロース層は、50μmから100μmの間のセルロース層厚さを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the cellulose layer comprises a cellulose layer thickness between 50 μm and 100 μm.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、EVA層は、少なくとも30μmのEVA層厚さを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the EVA layer comprises an EVA layer thickness of at least 30 μm.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、少なくとも1つの親水性被覆は少なくとも1つのアクリル被覆を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the at least one hydrophilic coating comprises at least one acrylic coating.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、少なくとも1つのアクリル被覆は、ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体または自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンのうちの少なくとも一方を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the at least one acrylic coating comprises at least one of a urethane-acrylic hybrid copolymer or a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、少なくとも1つのアクリル被覆は、ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体または自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンを備える第1のアクリル層と、自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンと混合されたウレタン-アクリルハイブリッド共重合体を備える第2のアクリル層とを備える。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the at least one acrylic coating comprises a first acrylic layer comprising a urethane-acrylic hybrid copolymer or a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion; a second acrylic layer comprising a urethane-acrylic hybrid copolymer mixed with an acrylic copolymer emulsion.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体は自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンを被覆する。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, a urethane-acrylic hybrid copolymer coats a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体は、自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンと、20/80、80/20、または50/50のうちの1つの割合で混合する。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the urethane-acrylic hybrid copolymer is combined with a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion of 20/80, 80/20, or 50/50. Mix in one proportion.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、少なくとも1つの親水性被覆はファウリング層を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the at least one hydrophilic coating comprises a fouling layer.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数の充填物シートは複数の溶解可能固体を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the plurality of filler sheets comprises a plurality of dissolvable solids.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数の溶解可能固体は炭酸カルシウム(CaCO3)または炭酸カリウム(K2CO3)のうちの少なくとも一方を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the plurality of soluble solids comprises at least one of calcium carbonate (CaCO 3 ) or potassium carbonate (K 2 CO 3 ).

他の例示的な実装において、充填物区域を製造する方法が、充填物材料を含む充填物材料原料を提供することと、複数のマクロ構造を形成するために充填物材料を成形することとを含む。 In another example implementation, a method of manufacturing a filler region includes providing a filler material feedstock that includes a filler material and shaping the filler material to form a plurality of macrostructures. include.

例示的な実装と組み合わせ可能な態様が、親水性被覆を充填物材料に適用することをさらに含む。 A combinable aspect of the exemplary implementation further includes applying a hydrophilic coating to the filler material.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、親水性被覆を適用することは、少なくとも1つのアクリル被覆を適用することを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, applying the hydrophilic coating includes applying at least one acrylic coating.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、少なくとも1つのアクリル被覆は、ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体または自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンのうちの少なくとも一方を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the at least one acrylic coating comprises at least one of a urethane-acrylic hybrid copolymer or a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、少なくとも1つのアクリル被覆を適用することは、ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体または自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンの第1のアクリル層を適用することと、自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンと混合されたウレタン-アクリルハイブリッド共重合体の第2のアクリル層を適用することとを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, applying the at least one acrylic coating coats the first acrylic layer of the urethane-acrylic hybrid copolymer or self-crosslinking acrylic copolymer emulsion. and applying a second acrylic layer of a urethane-acrylic hybrid copolymer mixed with a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、親水性被覆を適用することは、接着層を接着温度へと加熱することと、接着層を充填物材料に適用することと、セルロース層を接着層および充填物材料にわたって置くことと、加熱ローラを用いてセルロース層を接着層に押し付けることとを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, applying the hydrophilic coating comprises heating the adhesive layer to a bonding temperature, applying the adhesive layer to the filler material, and applying the hydrophilic coating to the filler material. It involves placing a layer over the adhesive layer and filler material and pressing the cellulose layer onto the adhesive layer using a heated roller.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、接着層は、エチレン酢酸ビニル(EVA)と、少なくとも30μmの接着層厚さとを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the adhesive layer comprises ethylene vinyl acetate (EVA) and an adhesive layer thickness of at least 30 μm.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、接着層はPVC接着剤を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the adhesive layer comprises a PVC adhesive.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、セルロース層は、50μmから100μmまでのセルロース層厚さを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the cellulose layer comprises a cellulose layer thickness of 50 μm to 100 μm.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、充填物材料はプラスチック基材を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the filler material comprises a plastic substrate.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、プラスチック基材はPVCを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, the plastic substrate comprises PVC.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、充填物材料を成形することはカレンダローラのセットを用いてプラスチック基材を成形すること含む。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, shaping the filler material includes shaping the plastic substrate using a set of calender rollers.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様は、充填物材料において複数のミクロ構造を形成することを含む。 Other aspects that can be combined with any of the previous aspects include forming a plurality of microstructures in the filler material.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、充填物材料において複数のミクロ構造を形成することは、隆条、窪み、小孔、エッチング、顆粒、繊維、または穿孔のうちの少なくとも1つを形成することを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, forming a plurality of microstructures in the filler material comprises at least one of ridges, depressions, pores, etchings, granules, fibers, or perforations. Including forming one.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数のミクロ構造の各々のミクロ構造は、幅が10mm未満である。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, each microstructure of the plurality of microstructures is less than 10 mm wide.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、充填物材料において複数のミクロ構造を形成することは、複数の溶解可能固体を充填物材料へと導入することと、複数の溶解可能固体の少なくとも一部分を溶解流体で除去することとを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, forming a plurality of microstructures in the filler material comprises introducing a plurality of dissolvable solids into the filler material and a plurality of dissolvable solids. and removing at least a portion of the solid with a dissolution fluid.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数の溶解可能固体は炭酸カルシウム(CaCO3)または炭酸カリウム(K2CO3)のうちの少なくとも一方を備える。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, the plurality of soluble solids comprises at least one of calcium carbonate (CaCO 3 ) or potassium carbonate (K 2 CO 3 ).

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、充填物材料において複数のミクロ構造を形成することは、充填物材料を機械的にエッチングすることを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments, forming the plurality of microstructures in the filler material includes mechanically etching the filler material.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、充填物材料において複数のミクロ構造を形成することは、複数の表面粒子を充填物材料へと導入することを含み、表面粒子は、繊維または顆粒の少なくとも一方を含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, forming a plurality of microstructures in the filler material includes introducing a plurality of surface particles into the filler material, the surface particles comprising: Contains at least one of fibers or granules.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様が、表面処理を充填物材料に適用することをさらに含み、表面処理は、プラズマ処理、火炎処理、またはコロナ処理の少なくとも1つを含む。 Other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments further include applying a surface treatment to the filler material, the surface treatment comprising at least one of plasma treatment, flame treatment, or corona treatment.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様は、速度向上添加物を充填物材料に適用することをさらに含む。 Other embodiments that can be combined with any of the previous embodiments further include applying speed-enhancing additives to the filler material.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数のマクロ構造を形成するために充填物材料を成形することは、充填物材料を真空成形および熱成形することを含む。 In other embodiments that can be combined with any of the preceding embodiments, shaping the filler material to form the plurality of macrostructures includes vacuum forming and thermoforming the filler material.

先行する態様のうちのいずれかと組み合わせ可能な他の態様において、複数のマクロ構造を形成するために充填物材料を成形することは、波形または通路の少なくとも一方を形成することを含む。 In other aspects that can be combined with any of the previous aspects, shaping the filler material to form the plurality of macrostructures includes forming at least one of corrugations or channels.

本開示による二酸化炭素を回収するためのシステムおよび方法の実施は、以下の特徴のうちの1つ、いくつか、または全部を含み得る。例えば、本発明に記載されている特徴を伴う充填物は、市販のDAC用途に明確に設計されており、そのため、CO2取り込み能力を相当に犠牲にすることなく、空気体積、充填物深さ、液体流れ、および空気接触器の設置面積のうちの少なくとも1つを低減する能力を有する。良好な性能を反映するDAC充填物の設計基準には、小さい静圧の設計、充填材高さを通じて液体を均一に分配する能力、低ファウリング能力、空気接触効率における増加、より少ない材料の要件、より大きい充填の大きさの効率性の効果、および製造性がある。本発明において記載されている特徴の使用を通じて、必要とされる充填材体積の量を低減することは、所与のプラント回収率のために必要とされる商業的な空気接触器の大きさおよび/または数を低減もし、本明細書で言及されているようなDAC動作条件の下で充填物材料の信頼性を向上させることは、より長い耐用期間と、保守のコストにおける低減とを提供するはずである。 Implementations of systems and methods for carbon dioxide capture according to the present disclosure may include one, some, or all of the following features. For example, a packing with the features described in the present invention is specifically designed for commercial DAC applications, and thus reduces air volume, packing depth, etc. without appreciably sacrificing CO2 uptake capacity. , liquid flow, and air contactor footprint. DAC packing design criteria that reflect good performance include low static pressure design, ability to distribute liquid evenly through the packing height, low fouling capability, increased air contact efficiency, and less material requirements. There are efficiency effects of larger fill sizes, and manufacturability. Through the use of the features described in this invention, reducing the amount of filler volume required reduces the size and size of commercial air contactors required for a given plant recovery rate. If/or the number is reduced, improving the reliability of the filler material under DAC operating conditions such as those mentioned herein will provide a longer service life and a reduction in the cost of maintenance. It should be.

本開示に記載されている主題の1つまたは複数の実装の詳細は、添付の図面および以下の記載において述べられている。本主題の他の特徴、態様、および利点は、本明細書、図面、および特許請求の範囲から明らかになる。 The details of one or more implementations of the subject matter described in this disclosure are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other features, aspects, and advantages of the subject matter will be apparent from the specification, drawings, and claims.

充填物と気体-液体接触器の他の要素との間の境界面の例示的な例を示す図である。FIG. 3 shows an illustrative example of an interface between a packing and other elements of a gas-liquid contactor. 充填物と気体-液体接触器の他の要素との間の境界面の例示的な例を示す図である。FIG. 3 shows an illustrative example of an interface between a packing and other elements of a gas-liquid contactor. 本開示による例示的な気体-液体接触器を示す図である。1 illustrates an example gas-liquid contactor according to the present disclosure. FIG. 充填物表面における回収溶液の流れ状態における接触角度の例示的な効果を描写する図である。FIG. 3 depicts an exemplary effect of contact angle on the flow conditions of the collected solution at the packing surface. 被覆されていない表面、1つまたは複数のアクリル層で被覆されている表面、および、ファウリング層を伴う表面における被覆および回収溶液の接触角度の例を示す図である。FIG. 3 shows examples of contact angles of coating and recovery solutions on uncoated surfaces, on surfaces coated with one or more acrylic layers, and on surfaces with fouling layers. 例示的なセルロース被覆された充填物を示す図である。FIG. 2 illustrates an exemplary cellulose-coated filling. 例示的なカレンダ加工を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an exemplary calendering process. 波形の縁と滑らかな縁とを有する例示的な波形充填物シートを示す図である。FIG. 3 illustrates an exemplary corrugated filler sheet with corrugated edges and smooth edges. 漸進通路を形成する充填物シートを備える例示的な充填物区域を示す図である。FIG. 3 illustrates an exemplary packing area with packing sheets forming progressive passageways. 充填物シートにおけるミクロ構造の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the microstructure in a filler sheet. 回収溶液の高い流量および低い流量における、交差流動隆条を有する例示的な充填物シート、流動方向隆条を有する例示的な充填物シート、および隆条なしの(平坦な)例示的な充填物シートの接触領域を比較する図である。Exemplary packing sheets with cross-flow ridges, exemplary packing sheets with flow direction ridges, and exemplary packing without ridges (flat) at high and low flow rates of collection solution. It is a figure which compares the contact area of a sheet|seat. 溶解可能固体を使用して充填物シートにおいてミクロ構造を形成するための例示的な手法を示す図である。FIG. 2 illustrates an exemplary approach for forming microstructures in a filler sheet using soluble solids. 噴霧溶液の液体境界面との相互作用を示す図である。FIG. 3 illustrates the interaction of a sprayed solution with a liquid interface. 気体-液体接触器システムのための例示的な制御システムの概略図である。1 is a schematic diagram of an example control system for a gas-liquid contactor system. FIG.

本開示は、CO2を、CO2を含む大気または他の流体源(空気など)からCO2を気体-液体接触器で回収するためのシステムおよび方法を記載している。ある態様では、気体-液体接触器は、液体CO2吸着剤の流れおよびCO2含有空気流の流れを受け入れるように位置決めされた充填物材料の複数のシートを備える充填物(本明細書では「充填材」とも称される)を含む。充填物は複数の充填物区域を備えることができ、各々の充填物区域は1つまたは複数の充填物シートを備え得る。充填物シートは、充填物の三次元構造(例えば、ブロック、柱、立方体など)であり得る充填物区域を形成するために配置できる。いくつかの態様において、充填物は、充填物の少なくとも一部分にわたって、液体CO2吸着剤とCO2含有空気流の流れとの間の接触を最大限にするために、疎水性ではなく親水性を呈するように(つまり、親水性充填物として)構成される。 The present disclosure describes systems and methods for recovering CO 2 from the atmosphere or other fluid source (such as air) containing CO 2 with a gas-liquid contactor. In some embodiments, the gas - liquid contactor includes a packing ( herein referred to as " (also referred to as "fillers"). The packing can include a plurality of packing sections, and each packing section can include one or more packing sheets. The filler sheets can be arranged to form filler areas that can be three-dimensional structures of filler (eg, blocks, columns, cubes, etc.). In some embodiments, the packing is hydrophilic rather than hydrophobic to maximize contact between the liquid CO 2 sorbent and the CO 2 -containing air stream flow over at least a portion of the packing. (i.e., as a hydrophilic filler).

本開示における充填物の例示的な実装は、好ましい実施において、従来の冷却塔用途または充填カラム用途などではなく、DAC用途のために設計される。このような設計上の検討事項は多数ある。例えば、化学処理プラントにおいて「スクラバ」または「ガススクラバ」としても知られている充填カラムまたは「充填塔」のために生産される充填物は、おおよそ5~15v/v%のCO2濃度のために設計される。したがって、相当に小さい体積の気体が、DACを使用して等価の量のCO2を空気から回収するために、化学プロセス充填塔における処理のために必要とされる。そのため、化学処理施設における回収の動力学は、概して、DACシステムにおけるような希釈CO2濃度の吸収と比較してより好ましい。 The exemplary implementations of packing in this disclosure, in preferred implementations, are designed for DAC applications, such as traditional cooling tower applications or packed column applications. There are many such design considerations. For example, the packings produced for packed columns or "packed towers", also known as "scrubbers" or "gas scrubbers" in chemical processing plants, are used for CO2 concentrations of approximately 5-15% v/v. Designed. Therefore, a significantly smaller volume of gas is required for processing in a chemical process packed column to recover an equivalent amount of CO2 from air using a DAC. As such, recovery kinetics in chemical processing facilities are generally more favorable compared to absorbing dilute CO2 concentrations as in DAC systems.

化学プロセス向流充填カラムは、例えばフラッディングといった特定の問題に直面する。フラッディングは、充填カラムにおいて一方向に移動している気体が、充填カラムにおいて反対方向に移動している液体を同伴する現象である。充填カラムにわたる大きな圧力損失に加えて、吸収プロセスの性能および安定性に有害である他の効果を引き起こす可能性があるので、フラッディングは望ましくない。化学プロセスの対向流の吸収体カラムにおけるL/G速度に対する直径の比は、対向流の空気接触器の場合と同じではなく、そのため、空気接触器における対向流の構成は化学スクラブ塔と同じ問題には出くわさない。そのため、CCS技術とDAC技術との両方がCO2を気体流動から回収する一方で、それらの異なる原料およびプロセス条件のため、両方の技術についてのプロセス設計は異なる。 Chemical process countercurrent packed columns face certain problems, such as flooding. Flooding is a phenomenon in which gas moving in one direction in a packed column entrains liquid moving in the opposite direction in the packed column. Flooding is undesirable because, in addition to large pressure drops across the packed column, it can cause other effects that are detrimental to the performance and stability of the absorption process. The ratio of diameter to L/G velocity in a counterflow absorber column in a chemical process is not the same as in a counterflow air contactor, so the counterflow configuration in an air contactor presents the same problems as in a chemical scrub column. I don't come across it. Therefore, while both CCS and DAC technologies capture CO2 from gaseous streams, the process designs for both technologies are different due to their different feedstock and process conditions.

従来の冷却塔と比較して多くの設計上の検討事項もある。例えば、冷却塔の産業界からの商業的に利用可能な充填物は、水との使用のために、および、DACシステムにとって重要である物質移動についてあまり考慮せずに熱伝達を最大化するために、設計されている。冷却塔では、構造上の骨格が、冷却塔セルの充填材空間内に積み重ねまたは垂れ下げされる充填物を支持する。商業的に利用可能な充填物は、金属板(例えば、鋼鉄)、またはPVCなどのプラスチックから形成できる。金属から形成されたある構造化された充填物は優れた濡れ性を有するが、金属充填物は高価であり、重量がある。PVCは、軽量、成形可能、および手頃であり、ほとんどの化学物質に対して耐性があるので、一般に冷却塔において使用される。 There are also many design considerations compared to traditional cooling towers. For example, commercially available packings from the cooling tower industry are available for use with water and to maximize heat transfer without much consideration for mass transfer, which is important for DAC systems. It is designed to. In cooling towers, a structural framework supports the packing that is stacked or suspended within the packing spaces of the cooling tower cells. Commercially available fillers can be formed from metal sheets (eg, steel) or plastics such as PVC. Although some structured fillers formed from metals have excellent wetting properties, metal fillers are expensive and heavy. PVC is commonly used in cooling towers because it is lightweight, moldable, affordable, and resistant to most chemicals.

飛沫式充填材および膜式充填材の2種類の構造化された充填物が、冷却塔において従来から使用されている。飛沫式充填材は、典型的には均一に離間され、水平に位置決めされる飛沫バーから成る。飛沫バーは、液体の流れを壊し、飛沫バー同士の間の空間を通じて、および、他の飛沫バーへと、液体の滝状の流れをもたらし、気体と反応する液滴および濡れた表面を作り出す。飛沫式充填材を使用することの主な問題は、飛沫バーが、気体の流れを妨げ得る弛みを起こしやすく、液体の道筋をもたらし、性能を低下させることである。飛沫バーシステムは、非常に小さい比表面積も有する。DAC用途のためにそれ自体において使用される飛沫式充填材は、等価の物質移動の制約および反応動力学を可能とするために、相当により多い量の回収溶液を必要とする。 Two types of structured packing are traditionally used in cooling towers: splash packing and film packing. Splash fillers typically consist of evenly spaced, horizontally positioned splash bars. The splash bars break the liquid flow and cause a cascading flow of liquid through the spaces between the splash bars and to other splash bars, creating droplets and wet surfaces that react with the gas. The main problem with using splash fillers is that the splash bar is prone to sag that can impede gas flow, leading to liquid channels and reducing performance. The splash bar system also has a very small specific surface area. Splash-loading materials used on their own for DAC applications require significantly higher volumes of recovery solution to allow for equivalent mass transfer constraints and reaction kinetics.

膜式充填材は、充填材の表面において薄膜へと液体が拡がることを促進するように設計される。これは、気体への液体の最大の露出を可能にする。飛沫式充填材を膜式充填材と比較すると、膜式充填材は、単位体積あたりの充填材空間においてより効率的な物質移動の能力を有するため、概してDACとより相性が良い。膜式充填材は、飛沫式充填材よりはるかに高い、体積に対する比表面積の比率(m2/m3における「比表面積」)を提供する。高い比表面積は、回収溶液の表面へのCO2の露出にとって重要なだけでなく、コストおよび構造の影響も有する。比表面積がより小さくなると、空気から大きな割合のCO2を吸収するために必要とされる充填物は多くなる。より多くの充填物は、充填物を保持するために必要とされる構造上の骨格の複雑性および大きさの増加をもたらす。 Membrane fillers are designed to promote the spreading of liquid into a thin film at the surface of the filler. This allows maximum exposure of liquid to gas. Comparing droplet-based fillers to membrane-based fillers, membrane-based fillers are generally more compatible with DAC because they have the ability for more efficient mass transfer in filler space per unit volume. Membrane fillers offer a much higher specific surface area to volume ratio (“specific surface area” in m 2 /m 3 ) than droplet fillers. High specific surface area is not only important for the exposure of CO2 to the surface of the collection solution, but also has cost and construction implications. The smaller the specific surface area, the more packing is required to absorb a large proportion of CO2 from the air. More filling results in an increase in the complexity and size of the structural skeleton required to hold the filling.

DAC充填物の表面粗さを変えるために利用され得る特徴は、冷却塔充填物の特徴とは異なる可能性がある。表面粗さを有する商業的に利用可能な冷却塔の充填物は、しばしば、冷却塔において生物学的ファウリングの問題をもたらす。生物学的ファウリングは、水による開放システムの条件が微生物の増殖にとって好ましい環境を作り出す可能性があるため生じる。対照的に、例えば、高いpHを有する、または、苛性溶液または炭酸塩溶液を含む回収溶液を実装するDACシステムは、この懸念を共有せず、そのため、冷却塔の充填物と比較して、より幅広い特徴を用いることができる。 The characteristics that may be utilized to change the surface roughness of the DAC packing may be different from the characteristics of the cooling tower packing. Commercially available cooling tower packings with surface roughness often result in biological fouling problems in the cooling tower. Biological fouling occurs because open system conditions with water can create a favorable environment for microbial growth. In contrast, DAC systems implementing recovery solutions that have, for example, a high pH or contain caustic or carbonate solutions do not share this concern and are therefore more A wide range of features can be used.

一般に、商業的に利用可能な冷却塔は、一番の目的は熱伝達であるため、プロセス熱を冷却水から除去するために大量の空気を効率的に移動しなければならない。しかしながら、DACのゴールが熱伝達ではなくCO2の物質移動であることを考えれば、DACで処理されなければならない空気における希釈CO2濃度(1v/v%未満)との組み合わせで、有意な量のCO2を回収するために、大量の空気がDACシステムの空気接触器によって処理されなければならない。DACの目的が、熱伝達ではなく、空気の体積からの希釈量のCO2の物質移動であるため、より多くの充填物が、充填物の特定の密度について、冷却塔においてよりもDAC用途のために必要とされる。気体-液体接触器における充填物を空気が進む深さ(例えば、充填物深さ)は、直接空気回収については2~10メートルの範囲とでき、これは、典型的には冷却塔で使用される数フィートだけの充填物深さより大きい。 Generally, commercially available cooling towers have a primary purpose of heat transfer and must efficiently move large volumes of air to remove process heat from the cooling water. However, given that the goal of the DAC is CO 2 mass transfer rather than heat transfer, in combination with dilute CO 2 concentrations (less than 1v/v%) in the air that must be treated with the DAC, significant amounts of In order to recover CO 2 , a large volume of air must be processed by the air contactor of the DAC system. Because the purpose of DAC is the mass transfer of dilute amounts of CO 2 from a volume of air rather than heat transfer, more packing is required for DAC applications than in cooling towers for a given density of packing. required for. The depth to which air travels through the packing in a gas-liquid contactor (e.g. packing depth) can range from 2 to 10 meters for direct air recovery, which is typically used in cooling towers. The fill depth is greater than just a few feet.

DACシステムの気体-液体接触器(空気接触器など)が、冷却塔の液体の流れより実質的に少ない液体の流れの使用により、間欠的に濡れることになる。少ない液体の流れのいくつかの利点は、汲み上げ機器、設備に加え、ポンプおよびファンの動力の要件が低減されることである。冷却塔の産業界から来る充填物は、DACにおいて使用されるものより実質的に高い液体充填速さのために設計されている。例えば、冷却塔の充填物がおおよそ4.1L/m2sの液体充填速さについて設計され得る。冷却塔は、通常はプロセスに結び付けられるため、最大熱伝達のための十分な連続流れで典型的には動作し、プロセス効率は、冷却水供給温度が低くなるにつれて増加する。結果として、冷却塔は、充填物が不均一に濡れることを通じての熱伝達における低減の危険がある小さい液体の流れで動作するきっかけがない。DAC用途についての気体に対する液体の割合は、冷却塔の用途に比べて約10分の1である。例えば、DAC用途についての気体に対する液体の割合は、質量流れに基づいて、0.6から0.8までの範囲であり得る。 The gas-liquid contactors (such as air contactors) of the DAC system become intermittently wet due to the use of a liquid flow that is substantially less than that of the cooling tower. Some advantages of lower liquid flow are reduced pumping equipment, equipment, as well as pump and fan power requirements. Packings coming from the cooling tower industry are designed for substantially higher liquid filling rates than those used in DACs. For example, a cooling tower packing may be designed for a liquid filling rate of approximately 4.1 L/m 2 s. Because cooling towers are usually coupled to a process, they typically operate with sufficient continuous flow for maximum heat transfer, and process efficiency increases as the cooling water supply temperature decreases. As a result, cooling towers have no incentive to operate with small liquid flows where there is a risk of reduction in heat transfer through non-uniform wetting of the packing. The liquid to gas ratio for DAC applications is about 10 times lower than for cooling tower applications. For example, the liquid to gas ratio for DAC applications can range from 0.6 to 0.8 based on mass flow.

充填物は、DACシステムにおける空気接触器の中核の構成要素である。現在利用可能な商業的な冷却塔の充填物は、DAC用途にとっては準最適であり、その使用は、より大きな空気量、充填物深さ、および空気接触器の設置面積(例えば、必要な充填材の空間および構造の骨格)など、DACシステムの他の態様が変更されることを必要とする。標準的な商業的に利用可能な冷却塔の充填物要素がDACにとってあまり効果的でない少なくとも2つの分野、すなわち、比表面積および液体ホールドアップ効率がある。 The packing is the core component of the air contactor in the DAC system. Currently available commercial cooling tower packings are suboptimal for DAC applications, and their use is limited by larger air volumes, packing depths, and air contactor footprints (e.g., required packing Other aspects of the DAC system need to be modified, such as the material spacing and structural framework). There are at least two areas in which standard commercially available cooling tower packing elements are less effective for DAC: specific surface area and liquid hold-up efficiency.

CO2回収流束によってDAC用途においてしばしば測定される、気体から液体へのCO2の物質移動について、流束式へと因数分解する重要な特性は、充填材の比表面積および液体ホールドアップ効率に直接的に関連付けられる液体-気体の境界面表面積である。 For the mass transfer of CO 2 from gas to liquid, often measured in DAC applications by CO 2 capture flux, the key properties that factor into the flux equation are the specific surface area of the packing material and the liquid hold-up efficiency. It is the directly associated liquid-gas interface surface area.

充填材の液体ホールドアップ効率は、表面エネルギーに直接的に関連付けられる物理的な濡れやすさと、充填材の形状および表面構造によって決定される、液体が充填材の上部から下部へと進むときの範囲の完全性とよって、部分的に決定される。金属材料と比較して、PVCは、より大きな接触角度と濡れの低減とをもたらすより低い表面エネルギーを有する。DACは小さい液体流量を使用するため、表面の濡れやすさは、冷却塔用途よりも性能に対してはるかにより重大であり得る。 The liquid hold-up efficiency of a filler is determined by the physical wettability, which is directly related to the surface energy, and the range over which liquid travels from the top to the bottom of the filler, determined by the shape and surface structure of the filler. determined in part by the completeness of Compared to metallic materials, PVC has lower surface energy resulting in larger contact angles and reduced wetting. Because DAC uses low liquid flow rates, surface wettability can be much more critical to performance than in cooling tower applications.

商業的に利用可能な冷却塔の充填物は、熱伝達の目的を満たすために、大きな液体の負荷の下で十分な濡れを達成するように具体的に設計される。それによって、冷却塔の充填物は、DAC用途にとって興味のある小さい液体充填速さについて、不十分な濡れを示した。小さい液体充填速さにおいて、回収溶液は、細流状態になる傾向があり、冷却塔の充填物を下へ進むときに道筋を形成することができる。回収溶液の細流によって引き起こされる不十分な濡れは、不必要に小さい物質移動、液体流れを増加させるためのより大きいポンプ流量、およびより大きな空気接触器の設置面積をもたらす可能性がある。より重要なことに、回収溶液による不十分な濡れは、小さいCO2取り込みをもたらす可能性がある。 Commercially available cooling tower packings are specifically designed to achieve sufficient wetting under large liquid loads to meet heat transfer purposes. Thereby, the cooling tower packing showed insufficient wetting for small liquid filling rates of interest for DAC applications. At low liquid filling rates, the recovered solution tends to trickle and can form trails as it travels down the cooling tower packing. Insufficient wetting caused by the trickle of collection solution can result in unnecessarily low mass transfer, higher pump flow rates to increase liquid flow, and larger air contactor footprint. More importantly, insufficient wetting by the recovery solution may result in low CO2 uptake.

CO2回収溶液の特性は、DACシステムのための充填物を設計するときにも重要な検討事項である。CO2回収溶液は、冷却塔用途において従来から使用されているような水(または処理された水)などと比較して、より粘性あり、より高密度である。実際、DACのために設計された充填物について、周囲空気における低い濃度のCO2は、大きな空気流量と、充填材の小さい圧力損失とを必要とするが、(従来の冷却塔と比較されるとき)少ない溶液の流量において大きな気体-液体の境界面面積を提供する。溶液流量におけるこの低下は、全体の流れパターンを膜流れから細流へと変えてしまう可能性があり、これは、CO2含有空気からCO2回収溶液への質量交換に利用可能な気体-液体の境界面面積を縮小させる可能性がある。この推移が起こる流量は、充填物の固体表面の自由エネルギー、ならびに、CO2回収溶液の密度、粘度、および表面張力を含め、多くの要因に依存する。CO2回収溶液におけるこのような特性は、一部では苛性吸着剤(例えば、KOHまたはNaOH)などの溶解した吸着剤の高い濃度のため、冷却塔用途においては典型的には液体である水の特性とは異なる。 The properties of the CO 2 capture solution are also important considerations when designing packing for DAC systems. CO 2 capture solutions are more viscous and denser than water (or treated water) and the like traditionally used in cooling tower applications. In fact, for the packing designed for DAC, the low concentration of CO 2 in the ambient air requires a large air flow rate and a small pressure drop in the packing (compared to a conventional cooling tower). ) provides a large gas-liquid interface area at low solution flow rates. This reduction in solution flow rate can change the overall flow pattern from membrane flow to trickle flow, which reduces the amount of gas-liquid available for mass exchange from CO2 - containing air to CO2 capture solution. There is a possibility of reducing the interface area. The flow rate at which this transition occurs depends on many factors, including the free energy of the solid surface of the packing and the density, viscosity, and surface tension of the CO 2 capture solution. These properties in CO 2 capture solutions are due in part to the high concentration of dissolved adsorbents such as caustic adsorbents (e.g., KOH or NaOH), which reduce the amount of water that is typically liquid in cooling tower applications. Different from characteristics.

例えば、CO2回収溶液の密度および粘度は、このような溶液の組成および温度に依存して変わる可能性がある。例えば、20℃から0℃までの温度において、1MのKOHおよび0.5MのK2CO3を含む回収溶液は、1115~1119kg/m3の範囲の密度と、1.3~2.3mPa-sの範囲の粘度とを有し得る。他の例では、20℃から0℃までの温度において、2MのKOHおよび1MのK2CO3を含む回収溶液が、1260~1266kg/m3の範囲の密度と、1.8~3.1mPa-sの範囲の粘度とを有し得る。比較で、20℃から0℃までの温度において、水は998~1000kg/m3の密度と、1.0~1.8mPa-sの粘度とを有する。 For example, the density and viscosity of CO 2 capture solutions can vary depending on the composition and temperature of such solutions. For example, at temperatures from 20 °C to 0 °C, a recovery solution containing 1 M KOH and 0.5 M K 2 CO 3 has a density in the range of 1115-1119 kg/m 3 and a range of 1.3-2.3 mPa-s. viscosity. In another example, a recovery solution containing 2M KOH and 1M K 2 CO 3 has a density ranging from 1260 to 1266 kg/m 3 and from 1.8 to 3.1 mPa-s at temperatures from 20 °C to 0 °C. and a range of viscosities. In comparison, at temperatures from 20°C to 0°C, water has a density of 998-1000 kg/m 3 and a viscosity of 1.0-1.8 mPa-s.

これらの特徴は、CO2回収にとって効果的であり得る0L/m2sから10L/m2sまでの液体充填速さにおいて気体-液体の境界面の面積を最大限にする一方で、大きな空気処理量のために小さい圧力損失を呈するDAC特有の充填材(つまり、充填物)を開発するために、これらの溶液の間の物理的な差を利用するための機会を提起する。例えば、DAC特有の充填物は、0.5L/m2sから2.5L/m2sまでの範囲であり得る低い液体充填速さについて動作可能であり得る。このような充填材は、充填材の表面積のより良好な利用をもたらし(全体の材料コストを低減する)、溶液ポンプおよびファンの出力の要件を減らす。このような充填材は、所与のプラント能力に必要とされる気体-液体接触器システムの数と、1つの空気接触器あたりに必要とされる充填材の量と、十分なCO2取り込みに必要とされる空気が進む深さとを小さくすることができる。 These features maximize the area of the gas-liquid interface at liquid filling rates from 0 L/m 2 s to 10 L/m 2 s, which can be effective for CO 2 capture, while reducing large air This poses an opportunity to exploit the physical differences between these solutions to develop DAC-specific packing materials (i.e., packings) that exhibit small pressure drop due to throughput. For example, a DAC-specific fill may be operable for low liquid fill rates that may range from 0.5 L/m 2 s to 2.5 L/m 2 s. Such a filler provides better utilization of the filler surface area (reducing overall material costs) and reduces solution pump and fan power requirements. Such packing material depends on the number of gas-liquid contactor systems required for a given plant capacity, the amount of packing material required per air contactor, and sufficient CO2 uptake. The required depth of air travel can be reduced.

したがって、小さい液体充填速さおよび希釈気体濃度を含め、DACの特徴的なプロセス条件を前提として、完全かつ均一に濡れる充填物を設計および製造することが望ましい。DAC用途のために設計された充填物は、CO2取り込み能力を相当に犠牲にすることなく、空気体積、充填物深さ、液体流れ、および空気接触器の設置面積のうちの少なくとも1つを低減する能力を可能にすることができる。 Therefore, it is desirable to design and manufacture completely and uniformly wetted packings given the characteristic process conditions of DAC, including low liquid filling rates and diluent gas concentrations. Packings designed for DAC applications reduce at least one of the following: air volume, packing depth, liquid flow, and air contactor footprint without appreciably sacrificing CO2 uptake capacity. The ability to reduce

図1Aおよび図1Bは、本開示による気体-液体接触器100a、100b(集合的および個別に符号100)の充填物106と他の要素との境界面の例示的な例を示している。気体-液体接触器100は、液体分配システム104と、ファン112およびその関連付けられたモータと、気体吸気部118と、CO2回収溶液114と、充填物106と、下液溜め部110とを備え得る。ある実施では(図示されていない)、気体-液体接触器100は、気体-液体接触器100の他の要素を部分的に包囲する筐体と、構造的な安定性を気体-液体接触器100に提供する構造部材を備えるフレームとを備え得る。液体分配システム104は、CO2回収溶液114を充填物106へと分配するように構成されるノズルのセット、上液溜め部105、加圧ヘッダ、またはこれらの組み合わせを備え得る。例えば、上液溜め部105はCO2回収溶液114を保持することができ、上液溜め部105の床に位置決めされたノズルは、CO2回収溶液114を充填物106へと流すことができる。CO2回収溶液114は、重力を通じて充填物材料を通じて流れることができ、下液溜め部110において集めることができる。 1A and 1B illustrate illustrative examples of interfaces between packing 106 and other elements of gas-liquid contactors 100a, 100b (collectively and individually designated 100) according to the present disclosure. Gas-liquid contactor 100 includes a liquid distribution system 104, a fan 112 and its associated motor, a gas inlet 118, a CO 2 recovery solution 114, a fill 106, and a lower sump 110. obtain. In some implementations (not shown), the gas-liquid contactor 100 includes a housing that partially encloses other elements of the gas-liquid contactor 100 and provides structural stability to the gas-liquid contactor 100. A frame with structural members provided therein. The liquid distribution system 104 may include a set of nozzles, an upper liquid reservoir 105, a pressurized header, or a combination thereof configured to distribute the CO 2 capture solution 114 to the packing 106. For example, the top reservoir 105 can hold a CO 2 recovery solution 114 and a nozzle positioned in the floor of the top reservoir 105 can flow the CO 2 capture solution 114 into the packing 106 . The CO 2 recovery solution 114 can flow through the packing material through gravity and can be collected at the bottom sump 110 .

図1Aの気体-液体接触器100aは、CO2含有空気に対する対向流の構成(向流としても知られている)でCO2回収溶液114を流すように構成された充填物区域106およびファン112を備える。向流の構成では、CO2回収溶液114は、CO2含有空気と実質的に平行であってCO2含有空気と反対である方向において、充填物106を通じて流れることができる。図1Bの気体-液体接触器100bは、CO2含有空気に対する交差流の構成でCO2回収溶液114を流すように構成された充填物区域106およびファン112を備える。交差流の構成では、CO2回収溶液114は、CO2含有空気と実質的に非平行(例えば、垂直)である方向において、充填物106を通じて流れることができる。 The gas-liquid contactor 100a of FIG. 1A includes a packing section 106 and a fan 112 configured to flow a CO 2 recovery solution 114 in a countercurrent configuration (also known as countercurrent) to the CO 2 -containing air. Equipped with. In a countercurrent configuration, the CO 2 capture solution 114 can flow through the packing 106 in a direction that is substantially parallel to and opposite to the CO 2 -containing air. The gas-liquid contactor 100b of FIG. 1B includes a packing section 106 and a fan 112 configured to flow the CO 2 recovery solution 114 in a cross-flow configuration with the CO 2 -containing air. In a cross-flow configuration, the CO 2 capture solution 114 can flow through the packing 106 in a direction that is substantially non-parallel (eg, perpendicular) to the CO 2 -containing air.

CO2回収溶液114は、再循環のために、下流の処理のために(例えば、再生のために)、またはこれらの組み合わせのために、下液溜め部110から移送することができる(例えば、液体分配システム104へと汲み上げることができる)。気体流動(例えば、CO2含有空気)が、ファン112およびその関連付けられるモータを動作させることで、気体吸気部118へと流れ、充填物106を通じ、気体-液体接触器100の出口の外へと流れることができる。いくつかの場合において(図示されていない)、気体-液体接触器100の出口の少なくとも一部分が、CO2回収溶液114が気体流動と共に気体-液体接触器100から出て行くのを防止するために、充填物106と出口との間に位置決めされるドリフトエリミネータ材料によって覆われる。いくつかの場合において、気体吸気部118は、入口ルーバ、保護網、またはこれらの組み合わせを含み得る。 The CO2 recovery solution 114 can be transferred from the bottom sump 110 for recirculation, for downstream processing (e.g., for regeneration), or for a combination thereof (e.g., liquid (can be pumped to distribution system 104). A gaseous stream (e.g., CO2-laden air) flows into the gas intake 118, through the fill 106, and out of the outlet of the gas-liquid contactor 100 by operating the fan 112 and its associated motor. be able to. In some cases (not shown), at least a portion of the outlet of the gas-liquid contactor 100 is configured to prevent the CO 2 recovery solution 114 from exiting the gas-liquid contactor 100 with the gas flow. , covered by a drift eliminator material positioned between the filler 106 and the outlet. In some cases, gas inlet 118 may include an inlet louver, a protective screen, or a combination thereof.

本開示に記載されているような充填物を用いる気体-液体接触器の構成は、限定されることはないが、化学スクラバ、HVACシステム、および冷却塔を含め、1つまたは複数の商業的に利用可能な気体-液体接触機器を含むことができる。充填物は、交差流の構成または向流の構成の1つまたは複数において液体分配および気体の流れを可能にするために、気体-液体接触器の中において設計および位置決めされ得る。いくつかの実施において、気体-液体接触器は、CO2含有空気を引き込むために、ファンの代替または追加で送風機を備え得る。 Gas-liquid contactor configurations using packing as described in this disclosure can be used in one or more commercial applications, including, but not limited to, chemical scrubbers, HVAC systems, and cooling towers. Can include available gas-liquid contacting equipment. The packing can be designed and positioned within the gas-liquid contactor to allow liquid distribution and gas flow in one or more of a cross-flow configuration or a counter-flow configuration. In some implementations, the gas-liquid contactor may include a blower instead of or in addition to a fan to draw in the CO2 - containing air.

図2は、本開示による例示的な気体-液体接触器200の概略図を示している。この概略図に示されているように、気体-液体接触器200は、気体-液体接触器200に構造的な支持および安定性を提供するフレーム202(例えば、相互接続された構造部材201の組み合わせ)と、例えば、図示されている構成要素の支持のための、大気に少なくとも部分的に開放している筐体216とを備える。 FIG. 2 shows a schematic diagram of an exemplary gas-liquid contactor 200 according to the present disclosure. As shown in this schematic diagram, the gas-liquid contactor 200 includes a frame 202 (e.g., a combination of interconnected structural members 201) that provides structural support and stability to the gas-liquid contactor 200. ) and a housing 216 at least partially open to the atmosphere, for example for support of the illustrated components.

1つまたは複数の上液溜め部204は、フレーム202の上部またはその近くにおいて、フレーム202に形成される、またはフレーム202の中に位置決めされる。各々の上液溜め部204は、その中でCO2回収溶液214(例えば、CO2吸着剤)を少なくとも部分的に包囲または保管することができる。上液溜め部204の中に(少なくとも一時的に)保管されるとき、CO2回収溶液214は、(例えば、ポンプの流れ、重力の流れ、またはそれら両方を通じて)下向きに、充填物206(プレナム208によって分離されている)を通じて、最終的に1つまたは複数の下液溜め部210へと循環させられるように位置決めされる。下液溜め部210は、フレーム202の下部に隣接または近接して位置決めされ得る。充填物206は、充填物シートのセットを含む1つまたは複数の充填物区域を備え得る。充填物シートのセットは、充填物の三次元構造(例えば、ブロック、柱、立方体など)である充填物区域を形成することができる。 One or more upper reservoirs 204 are formed in or positioned within the frame 202 at or near the top of the frame 202. Each upper liquid reservoir 204 can at least partially enclose or store a CO 2 capture solution 214 (eg, a CO 2 adsorbent) therein. When stored (at least temporarily) in the upper liquid reservoir 204, the CO 2 capture solution 214 flows downward (e.g., through pump flow, gravity flow, or both) into the fill 206 (plenum). separated by 208) and ultimately positioned to be circulated to one or more lower sump 210. Lower reservoir 210 may be positioned adjacent or proximate to the lower portion of frame 202. Filler 206 may include one or more filler areas that include a set of filler sheets. The set of filler sheets can form a filler area that is a three-dimensional structure of filler (eg, block, column, cube, etc.).

CO2回収溶液214が充填物206全体を通じて循環されるとき、CO2含有空気が、CO2回収溶液214と接触するために充填物206を通じて、プレナム208を通じて、周囲環境へと、CO2の少ない空気として(例えば、ファン212によって)循環させられる。これらの2つの液体を(例えば、図示されているような交差流の構成で)接触させることで、CO2含有空気内のCO2はCO2回収溶液214へと移送される。ある実施では(図示されていない)、1つまたは複数の再分配システムが、1つまたは複数の上液溜め部の下方において、1つまたは複数の充填物区域同士の間、または充填物シート同士の間に位置決めできる。再分配システムは、代わりの充填物、滴で流れる充填物、飛沫充填材、吹き付けノズルおよび配管、液体溜め部およびノズル、またはこれらの組み合わせを含み得る。 As the CO 2 recovery solution 214 is circulated through the packing 206, the CO 2 -laden air is passed through the packing 206 to contact the CO 2 recovery solution 214, through the plenum 208, and into the surrounding environment . It is circulated as air (eg, by fan 212). By contacting these two liquids (eg, in a cross-flow configuration as shown), the CO 2 in the CO 2 -containing air is transferred to the CO 2 capture solution 214 . In some implementations (not shown), one or more redistribution systems are provided below one or more upper reservoirs, between one or more packing areas, or between packing sheets. It can be positioned between. The redistribution system may include alternative fills, trickle fills, splash fills, spray nozzles and piping, liquid reservoirs and nozzles, or combinations thereof.

いくつかの実施形態において、CO2回収溶液214とCO2含有空気とは、向流の構成(図示されていない)において接触させられ得る。向流の構成を含む実施では、CO2含有空気は、下液溜め部210またはその近くにおいて充填物206に入る。CO2含有空気は、CO2回収溶液214の平均流れ方向と平行で対向する流れである平均流れ方向で、充填物206を通じて循環させられる。例えば、CO2含有空気は、鉛直方向下向きである平均流れ方向を有するCO2回収溶液214に対向して、充填物206を通じて鉛直方向上向きである平均流れ方向を有することができる。ある向流の構成では、吸気プレナムが、充填物206の下方において、CO2含有空気が入る場所に隣接して位置決めされ得る。いくつかの場合において、放出プレナムが充填物206の上方に位置決めされ得る。 In some embodiments, the CO 2 capture solution 214 and the CO 2 -containing air may be contacted in a countercurrent configuration (not shown). In implementations that include a countercurrent configuration, CO2- containing air enters the fill 206 at or near the lower sump 210. The CO 2 -containing air is circulated through the packing 206 in a mean flow direction that is parallel and countercurrent to the mean flow direction of the CO 2 recovery solution 214 . For example, the CO 2 -containing air can have an average flow direction that is vertically upward through the packing 206 as opposed to the CO 2 capture solution 214 that has an average flow direction that is vertically downward. In some counterflow configurations, an intake plenum may be positioned below the fill 206 and adjacent to where the CO2 - containing air enters. In some cases, a discharge plenum may be positioned above the packing 206.

向流の構成における気体-液体接触器が、CO2含有空気を吸気プレナムへと引き込むファンの下方に少なくとも部分的に位置決めされる回収溶液分配システムを備え得る。回収溶液分配システムは、回収溶液を充填物206にわたって分配するノズルまたはスパージャのセットに送り込む分配配管を備え得る。いくつかの場合において、向流の構成における回収溶液分配システムは、回収溶液を充填物206へと重力で送り込むことができる。 A gas-liquid contactor in a counter-current configuration may include a recovered solution distribution system positioned at least partially below a fan that draws CO2- containing air into an intake plenum. The recovered solution distribution system may include distribution piping that feeds the recovered solution into a set of nozzles or spargers that distribute it across the packing 206. In some cases, the collected solution distribution system in a countercurrent configuration can gravity feed the collected solution into the packing 206.

気体-液体接触器200の下部における下液溜め部210は、CO2回収溶液214のための収集タンクとして作用し、そこで溶液が集められ、その後、より多くのCO2を回収するために接触器充填物にわたっての分配に向けて戻すために汲み上げられるか、さらなる処理のために下流のプロセスへと汲み上げられるか、またはこれらの組み合わせである。 A lower sump 210 at the bottom of the gas-liquid contactor 200 acts as a collection tank for the CO 2 recovery solution 214 where the solution is collected and then transferred to the contactor to recover more CO 2 It may be pumped back for distribution across the charge, pumped to a downstream process for further processing, or a combination thereof.

いくつかの場合において、CO2回収溶液214の表面張力を水の表面張力に近付けるように低下させることは、充填物材料を濡らすための溶液の能力を向上させることになる。いくつかの場合において、CO2回収溶液214の表面張力を水の表面張力に近付けるように低下させることは、濃度を薄くすること、または、界面活性剤を添加することによって遂行されてもよい。 In some cases, lowering the surface tension of the CO 2 capture solution 214 to approach that of water will improve the solution's ability to wet the fill material. In some cases, lowering the surface tension of the CO 2 capture solution 214 to approach that of water may be accomplished by diluting the concentration or adding surfactants.

気体-液体接触器システムにおけるプロセス流動の他に、気体-液体接触器システムが流体的に結合されるあらゆる下流のプロセス内のプロセス流動は、システムを通じて実施される1つまたは複数の流れ制御システム(例えば、制御システム999)を使用して流すことができる。流れ制御システムは、プロセス流動を移動させるための1つもしくは複数の流れポンプ、ファン、送風機、または固体コンベヤと、プロセス流動が流される1つまたは複数の送り管と、管を通じての流動の流れを規制するための1つまたは複数の弁とを備え得る。本明細書に記載されている構成の各々は、少なくとも1つの液体流量を制御することができるそれぞれのポンプに結合される少なくとも1つの可変周波数駆動(VFD)を備え得る。ある実施では、液体流量は少なくとも1つの流れ制御弁によって制御される。 In addition to process flow in the gas-liquid contactor system, process flow in any downstream process to which the gas-liquid contactor system is fluidly coupled is controlled by one or more flow control systems ( For example, the control system 999) can be used to flow. A flow control system includes one or more flow pumps, fans, blowers, or solids conveyors for moving the process fluid, one or more feed pipes through which the process fluid is flowed, and controlling the flow of the fluid through the pipes. and one or more valves for regulating. Each of the configurations described herein can include at least one variable frequency drive (VFD) coupled to a respective pump that can control at least one liquid flow rate. In some implementations, liquid flow rate is controlled by at least one flow control valve.

ある実施形態では、流れ制御システムが手動で動作させられ得る。例えば、作業者は、流れ制御システムにおける管を通るプロセス流動の流れを規制するために、各々のポンプまたは移送デバイスについて流量を設定することができ、弁の開位置または閉位置を設定することができる。作業者が、システムにわたって分配されるすべての流れ制御システムについて、流量と弁の開位置または閉位置とを設定すると、流れ制御システムは、一定の容積流量または他の流れ条件などの一定の流れ条件の下で、流動を流すことができる。流れ条件を変化させるために、作業者は、ポンプ流量、または弁の開位置もしくは閉位置を変更することなどで、流れ制御システムを手動で動作させることができる。 In some embodiments, the flow control system may be operated manually. For example, an operator can set the flow rate for each pump or transfer device and set the open or closed position of a valve to regulate the flow of process fluid through tubing in a flow control system. can. When an operator sets the flow rate and valve open or closed position for all flow control systems distributed across the system, the flow control system operates under a constant flow condition, such as a constant volumetric flow rate or other flow condition. Flow can flow under the . To change flow conditions, an operator can manually operate the flow control system, such as by changing the pump flow rate or the open or closed position of a valve.

ある実施形態では、流れ制御システムが自動で動作させられ得る。例えば、流れ制御システムは、流れ制御システムを動作させるために、コンピュータまたは制御システム(例えば、制御システム999)に接続され得る。制御システムは、動作(流れ制御動作など)を実施するために、1つまたは複数の処理装置によって実行可能である命令(流れ制御命令および他の命令など)を保存するコンピュータ読み取り可能媒体を備え得る。作業者は、制御システムを使用して、施設にわたって分配されるすべての流れ制御システムについて、流量と、弁の開位置または閉位置とを設定することができる。このような実施形態において、作業者は、制御システムを通じて入力を提供することで、流れ条件を手動で変更することができる。 In some embodiments, the flow control system may be operated automatically. For example, the flow control system may be connected to a computer or control system (eg, control system 999) to operate the flow control system. The control system may include a computer-readable medium storing instructions (such as flow control instructions and other instructions) that are executable by one or more processing units to perform operations (such as flow control operations). . Operators can use the control system to set flow rates and valve open or closed positions for all flow control systems distributed throughout the facility. In such embodiments, an operator may manually change flow conditions by providing input through the control system.

また、このような実施形態において、制御システムは、制御システムに接続されたフィードバックシステム使用することなどで、流れ制御システムのうちの1つまたは複数を自動的に(つまり、手作業による介入なしで)制御することができる。例えば、センサ(圧力センサ、温度センサ、漏れ検出センサ、または他のセンサなど)が、プロセス流動が流れる管に接続され得る。センサは、制御システムへのプロセス流動の流れ条件(圧力、温度、または他の流れ条件など)を監視および提供することができる。閾(閾圧力値、閾温度値、または他の閾値)を超える流れ条件に応答して、制御システムは動作を自動的に実施することができる。例えば、管における圧力または温度がそれぞれ閾圧力値または閾温度値を超える場合、制御システムは、流量を減らすためのポンプへの信号、弁を開けて圧力を解放するための信号、プロセス流動の流れを中断する信号、または他の信号を提供することができる。 Also, in such embodiments, the control system automatically (i.e., without manual intervention) controls one or more of the flow control systems, such as by using a feedback system coupled to the control system. ) can be controlled. For example, a sensor (such as a pressure sensor, temperature sensor, leak detection sensor, or other sensor) may be connected to the tube through which the process flow flows. The sensors can monitor and provide flow conditions (such as pressure, temperature, or other flow conditions) of the process fluid to the control system. In response to flow conditions exceeding a threshold (threshold pressure value, threshold temperature value, or other threshold value), the control system can automatically take action. For example, if the pressure or temperature in a pipe exceeds a threshold pressure value or a threshold temperature value, respectively, the control system may send a signal to a pump to reduce the flow rate, a signal to open a valve to relieve pressure, or a signal to the process fluid flow. or other signals may be provided.

例えば、図3は、図1A~図1Bに示されている気体-液体接触器100など、気体-液体接触器システムについて、充填物表面304における回収溶液(流れ)302の流れ状態についての接触角度の効果を描写している図300を示している。不十分な濡れの1つの原因は、充填物の低表面エネルギーである。表面エネルギーは、材料の表面における分子間結合の強度を表しており、表面露出の度合いを増加させるために必要とされるエネルギーである。材料が高い表面エネルギーを有する場合、その材料のバルク相互作用をより強くすることができ、その材料の表面露出をより大きくすることができる。これは、より良い濡れおよび親水性(例えば、水を引き寄せる傾向)をもたらすことができる。材料が低い表面エネルギーを有する場合、その材料のバルク相互作用をより弱くすることができ、その材料の表面露出をより小さくすることができる。不十分な濡れおよび疎水性(例えば、水をはじくまたは水と混ざらない傾向)は、通常は大きな接触角度と関連付けられる。接触角度は、液体-固体の境界面と、液体-蒸気の境界面との間の角度として定められ、図3に示されているように、液体を通じて測定される。接触角度は、充填物において流れるCO2回収溶液の流れ状態に影響を与える可能性がある。例えば、大きい接触角度(例えば、70度より大きく150度より小さい接触角度)は細流をもたらす可能性があり、小さい接触角度(例えば、20度より大きく50度より小さい接触角度)は膜流をもたらす可能性がある。 For example, FIG. 3 shows the contact angle for the flow conditions of a recovered solution (stream) 302 at a packing surface 304 for a gas-liquid contactor system, such as the gas-liquid contactor 100 shown in FIGS. 1A-1B. Figure 300 depicts the effect of. One cause of insufficient wetting is the low surface energy of the filler. Surface energy represents the strength of intermolecular bonds at the surface of a material and is the energy required to increase the degree of surface exposure. If a material has a high surface energy, its bulk interactions can be stronger and its surface exposure can be greater. This can result in better wetting and hydrophilicity (eg, tendency to attract water). If a material has a low surface energy, the bulk interactions of the material can be weaker and the surface exposure of the material can be smaller. Poor wetting and hydrophobicity (eg, tendency to repel or immiscible with water) are usually associated with large contact angles. The contact angle is defined as the angle between the liquid-solid interface and the liquid-vapor interface, measured through the liquid as shown in FIG. 3. The contact angle can affect the flow conditions of the CO 2 capture solution flowing in the packing. For example, large contact angles (e.g., contact angles greater than 70 degrees and less than 150 degrees) can result in trickle flow, and small contact angles (e.g., contact angles greater than 20 degrees and less than 50 degrees) can result in film flow. there is a possibility.

例えば、超疎水性の表面について、接触角度は150度より大きくすることができる。例えば、超親水性の表面について、接触角度は20度より小さくすることができる。大きい接触角度は、細流302により近く、小さい濡れ部分ε(つまり、濡れた表面の面積)である流れ状態と典型的には相関し、小さい接触角度は、より膜流308のようであり、大きい濡れ部分である流れ状態に典型的には相関する。小さい接触角度および親水性は、液体充填に対する境界面面積の割合が高いことを概して示している。 For example, for superhydrophobic surfaces, the contact angle can be greater than 150 degrees. For example, for superhydrophilic surfaces, the contact angle can be less than 20 degrees. A large contact angle typically correlates with flow conditions that are closer to the trickle 302 and a smaller wetting area ε (i.e., area of wetted surface); a smaller contact angle is more like a membrane flow 308 and a larger It is typically related to flow conditions that are wet areas. Small contact angles and hydrophilicity generally indicate a high ratio of interfacial area to liquid loading.

濡れた表面の面積が、空気におけるCO2への回収溶液の露出の量を決定し、親水性の表面が、所与の体積の溶液についての濡れた面積を増加させるため、親水性材料は、気体-液体接触器についての充填物304のために使用できる。親水性被覆は、表面エネルギーを増加させ、接触角度を小さくする。材料の表面への結合を変更するために材料を露出させるいくらかの表面処理も、同様の結果を達成することができる。 Hydrophilic materials can be Can be used for filling 304 on gas-liquid contactors. Hydrophilic coatings increase surface energy and reduce contact angles. Some surface treatments that expose the material to alter its bond to the surface can also achieve similar results.

ある態様において、(親水性の充填物としての)充填物304を含む気体-液体接触器は、充填材にわたっての圧力損失を維持もしくは向上させる一方で、小さい液体流量により適して充填材の形を採用することで、ならびに/または、形の設計と、充填材のPVC樹脂およびビニル化合物と、小さい流量の苛性溶液について最適化された表面処理とを発展させることによって充填材形状、表面構造、および表面エネルギーを管理することによる充填材の液体ホールドアップ効率の増加を採用することで、充填物304の比表面積における増加を通じて、CO2回収流束を(例えば、10%~30%)増加させることができる。良好な性能を反映する親水性充填物304の設計基準には、限定されることはないが、小さい静圧の設計、充填材高さを通じて液体を均一に分配する能力、低ファウリング能力、空気接触効率における増加、より少ない材料の要件、および製造性がある。 In some embodiments, a gas-liquid contactor that includes a packing 304 (as a hydrophilic packing) maintains or improves the pressure drop across the packing while maintaining or improving the shape of the packing to be more suitable for small liquid flow rates. The filler shape, surface structure, and Increasing the CO 2 capture flux (e.g., by 10% to 30%) through an increase in the specific surface area of the packing 304 by employing an increase in liquid hold-up efficiency of the packing material by managing surface energy. I can do it. Design criteria for hydrophilic fill 304 that reflect good performance include, but are not limited to, low static pressure design, ability to distribute liquid evenly through the fill height, low fouling ability, air There is an increase in contact efficiency, less material requirements, and manufacturability.

したがって、いくつかの場合において、気体-液体接触器における充填物304は、CO2回収溶液による疎水性(および増加した接触角度)に反して、親水性(および低下した接触角度)を呈するかまたは含むように設計、構築、および/または変更され得る。このような設計は、CO2回収溶液による充填物306の濡れも向上させる。充填物306の向上した濡れ(例えば、濡れた表面の面積を増加させること)は、少なくとも2つの手法によって達成させることができる。第1の手法は、例えば、被覆を適用することで表面自由エネルギーを増加させることを介して、表面の親水性を増加させることである。第2は、表面粗さおよび見掛けの接触角度を増加させることである。見掛けの接触角度は、図3に示されているように、(実際の固体表面と反対としての)見掛けの固体表面と、液体-気体境界面との間の角度である。これらの手法は、独立して、または、互いと組み合わせて、使用することができる。 Thus, in some cases, the packing 304 in the gas-liquid contactor exhibits hydrophilicity (and reduced contact angle) as opposed to hydrophobicity (and increased contact angle) by the CO2 recovery solution or may be designed, constructed, and/or modified to include. Such a design also improves wetting of the packing 306 by the CO 2 capture solution. Enhanced wetting of the filler 306 (eg, increasing the wetted surface area) can be achieved in at least two ways. The first approach is to increase the hydrophilicity of the surface, for example through increasing the surface free energy by applying a coating. The second is to increase the surface roughness and apparent contact angle. The apparent contact angle is the angle between the apparent solid surface (as opposed to the actual solid surface) and the liquid-gas interface, as shown in FIG. These techniques can be used independently or in combination with each other.

いくつかの場合において、充填物は処理するのが難しい(つまり、被覆を付着するのが難しい)可能性がある。ある実施では、充填物被覆は、限定されることはないが0L/m2sから10L/m2sまでを含む液体充填流量においてCO2回収溶液が分配されるDAC用途について、物質移動を向上させるときに適切であり得る。例えば、充填物被覆は、0.5L/m2sから2.5L/m2sまでの範囲であり得る低い液体充填速さについて適切であり得る。これらの充填物被覆は、2~10メートルの例示的な充填物深さを有する充填物に回収溶液を分配するのに有益でもあり得る。例示的な実装では、充填物は、親水性を増加させるために、適用された親水性被覆を含み得る。 In some cases, the filler can be difficult to process (ie, difficult to apply the coating to). In some implementations, the fill coating improves mass transfer for DAC applications where the CO 2 capture solution is dispensed at liquid fill flow rates including, but not limited to, from 0 L/m 2 s to 10 L/m 2 s. may be appropriate when For example, a fill coating may be suitable for low liquid filling rates, which may range from 0.5 L/m 2 s to 2.5 L/m 2 s. These packing coatings may also be useful for dispensing recovery solutions into packings with exemplary packing depths of 2 to 10 meters. In an exemplary implementation, the filling may include a hydrophilic coating applied to increase hydrophilicity.

例えば、図4は、図1A~図1Bに示されている気体-液体接触器100などの気体-液体接触器システムについて、充填物の表面における親水性被覆400と、回収溶液410の接触角度の例とを示している。図4は、被覆されていない表面402と、第1のアクリル層404で被覆された表面402と、層とされたアクリル被覆で被覆された表面402と、ファウリング層408を有する表面402とを示している。例示的な実装において、層とされたアクリル被覆は第1のアクリル層404と第2のアクリル層406とを備え得る。例示的な実装において、表面402はPVCまたは他の熱可塑性物質を含み得る。いくつかの場合において、被覆されていない充填物表面402は、65度より大きく80度より小さい接触角度θを有し得る。いくつかの場合において、被覆は接触角度θを65度未満へと小さくする可能性がある。例えば、被覆されていない充填物表面402は75度の接触角度を有する可能性があり、被覆が接触角度を35度へと小さくすることができる。 For example, FIG. 4 shows the contact angle between the hydrophilic coating 400 on the surface of the packing and the recovery solution 410 for a gas-liquid contactor system, such as the gas-liquid contactor 100 shown in FIGS. 1A-1B. An example is shown. FIG. 4 shows an uncoated surface 402, a surface 402 coated with a first acrylic layer 404, a surface 402 coated with a layered acrylic coating, and a surface 402 with a fouling layer 408. It shows. In an exemplary implementation, the layered acrylic coating may include a first acrylic layer 404 and a second acrylic layer 406. In an exemplary implementation, surface 402 may include PVC or other thermoplastic. In some cases, the uncoated filler surface 402 may have a contact angle θ greater than 65 degrees and less than 80 degrees. In some cases, the coating can reduce the contact angle θ to less than 65 degrees. For example, an uncoated filler surface 402 may have a contact angle of 75 degrees, and a coating may reduce the contact angle to 35 degrees.

充填物表面402に適用され得る親水性被覆の種類はアクリル被覆である。アクリル被覆は、充填物の親水性を増加させることができる被覆の種類である。これらの被覆のうちのいくつかは、産業用の熱除去または化学的分離に関連しない目的のために商業的に利用可能である。 A type of hydrophilic coating that can be applied to the filler surface 402 is an acrylic coating. Acrylic coatings are a type of coating that can increase the hydrophilicity of the filling. Some of these coatings are commercially available for purposes not related to industrial heat removal or chemical separation.

このようなアクリル被覆の2つの例として、NeoPacおよびNeoCrylがある。NeoPacは高固体水性ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体である。PVC充填物に適用されるとき、NeoPacは、アクリル層として単独で適用されるのか、混合された層として適用されるのかに応じて、7度より大きく35度より小さい接触角度を達成することができる。NeoCrylは自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンである。PVC充填物に適用されるとき、NeoCrylは、アクリル層として単独で適用されるのか、混合された層として適用されるのかに応じて、40度より大きく65度より小さい接触角度を達成することができる。いくつかの場合において、アクリル被覆は、混合させられ得る、および/または、互いの上で層とされ得る。例えば、第1のアクリル層404は大部分においてウレタン-アクリルハイブリッド共重合体を含むことができ、第2のアクリル層406は大部分において自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンを含むことができる。他の例では、第1のアクリル層404は大部分においてウレタン-アクリルハイブリッド共重合体を含んでもよく、第2のアクリル層406はウレタン-アクリルハイブリッド共重合体と自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンとの混合物を含んでもよい。ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体と自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンとの混合の割合の例には、20/80、80/20、または50/50があり得るが、他の割合が適切である可能性もある。 Two examples of such acrylic coatings are NeoPac and NeoCryl. NeoPac is a high solids aqueous urethane-acrylic hybrid copolymer. When applied to PVC fillings, NeoPac can achieve contact angles greater than 7 degrees and less than 35 degrees, depending on whether it is applied as an acrylic layer alone or as a mixed layer. can. NeoCryl is a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion. When applied to PVC fillings, NeoCryl can achieve contact angles greater than 40 degrees and less than 65 degrees, depending on whether it is applied as an acrylic layer alone or as a mixed layer. can. In some cases, acrylic coatings can be mixed and/or layered on top of each other. For example, first acrylic layer 404 can include a majority of a urethane-acrylic hybrid copolymer, and second acrylic layer 406 can include a majority of a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion. In other examples, the first acrylic layer 404 may include a urethane-acrylic hybrid copolymer in large part, and the second acrylic layer 406 may include a urethane-acrylic hybrid copolymer and a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion. It may also include a mixture with. Examples of proportions for mixing urethane-acrylic hybrid copolymer and self-crosslinking acrylic copolymer emulsion may be 20/80, 80/20, or 50/50, although other proportions are suitable. There is a possibility.

いくつかの態様において、親水性被覆は、表面粗さを増加させ、表面402への回収溶液410の接触角度を小さくすることができるファウリング層408を含み得る。例えば、炭酸カルシウム(CaCO3)の化学的性質が伴われるあるDAC用途では、充填物表面が条件付けられ得る。条件付けは、表面粗さを増加させる方法によって濡れた表面の面積を増加させるCaCO3および他の蓄積の層をもたらす充填物表面の自然に起こるファウリングである。例えば、ファウリング層408は、接触角度を10度から40度の間へと小さくすることができる。結果的に生じる流れは、被覆および条件付けがされていない新しい充填物(つまり、滑らかであり、ファウリング層または蓄積を有していない充填物)の細流より膜状となる。 In some embodiments, the hydrophilic coating can include a fouling layer 408 that can increase surface roughness and reduce the contact angle of collection solution 410 to surface 402. For example, in certain DAC applications involving calcium carbonate (CaCO 3 ) chemistry, the fill surface may be conditioned. Conditioning is the naturally occurring fouling of the filling surface that results in a layer of CaCO 3 and other accumulations that increases the area of the wetted surface by increasing the surface roughness. For example, fouling layer 408 can reduce the contact angle to between 10 degrees and 40 degrees. The resulting flow is more membranous than a trickle of fresh uncoated and unconditioned packing (ie, packing that is smooth and has no fouling layers or build-up).

親水性被覆の他の例はセルロース被覆である。例えば、図5は、図1A~図1Bに示されている気体-液体接触器100などの気体-液体接触器システムについて、例示的なセルロース被覆された充填物500を示している。被覆された充填物500は、充填物シートなどのプラスチック基材502の上に接着層504とセルロース層506とを備える。例えば、エチレン酢酸ビニル(EVA)などの接着層504と、セルロースの薄い層506とを備える被覆が、PVCに良好に付着する。EVAなどの接着剤付きの被覆は、冷却塔または化学処理産業におけるPVC充填物のための被覆材料として従来は使用されていない。EVAおよび同様の接着剤付きの被覆は、建物建築および輸送産業におけるガラス構造の積層として典型的には使用されている。いくつかの場合において、EVAは、任意の十分に構造的に強い材料(例えば、充填物)のプラスチック基材502に適用され得る。ある手法では、セルロースの層506(いくつかの小売りの紙製品において使用されるとして単一の層)が、加熱ローラ508でプラスチック基材に熱間圧延され得る。このプロセスは、プラスチック基材502の両側に行われる。セルロース層506と、接着層504と、プラスチック基材502とを備える被覆は、KOHおよびNaOHのような高い強度の苛性溶液とそれぞれ十分に適合可能であり得る。いくつかの場合において、この被覆は、小さな流れの回収溶液で濡れることを増加させ、より大きな回収率をもたらすことができる。 Another example of a hydrophilic coating is a cellulose coating. For example, FIG. 5 shows an exemplary cellulose-coated packing 500 for a gas-liquid contactor system, such as gas-liquid contactor 100 shown in FIGS. 1A-1B. The coated filler 500 comprises an adhesive layer 504 and a cellulose layer 506 on a plastic substrate 502, such as a filler sheet. For example, a coating comprising an adhesive layer 504 such as ethylene vinyl acetate (EVA) and a thin layer 506 of cellulose adheres well to PVC. Adhesive coatings such as EVA are not traditionally used as coating materials for PVC fillings in cooling towers or chemical processing industries. EVA and similar adhesive coatings are typically used as laminates for glass structures in the building construction and transportation industries. In some cases, EVA can be applied to the plastic substrate 502 of any sufficiently structurally strong material (eg, filler). In one approach, a layer 506 of cellulose (a single layer as used in some retail paper products) may be hot rolled onto a plastic substrate with heated rollers 508. This process is performed on both sides of the plastic substrate 502. The coating comprising cellulose layer 506, adhesive layer 504, and plastic substrate 502 may be fully compatible with high strength caustic solutions such as KOH and NaOH, respectively. In some cases, this coating can increase wetting with small streams of recovery solution, resulting in greater recovery rates.

セルロースで被覆された充填物500は、積層プラスチックであり、セルロース層506とプラスチック基材502とに介在する接着層504を含む。接着層504はEVAを含むことができ、接着層504は30~100μmの厚さを有し得る。セルロース層506の厚さはおおよそ50~100μmであり得る。セルロースは、親水性であるため被覆した充填物に適した材料であり、溶液を逃がすことができ、安価である。重要な検討事項は、セルロースの構造的な完全性が、高い濃度の苛性流体において崩れないため、アルカリ性回収溶液と適合することである。また、セルロースは、クラフト紙のプロセス(いくつかのDACプロセスに対して同様の化学的性質および反応を含む)から容易に抽出することができる。いくつかの場合において、EVAは、最も安いポリマーのうちの1つであるため、適切な接着層とすることができ、PVCおよび非PVCのプラスチック基材を含め、任意の種類のプラスチック基材に接着することができる。EVAは、苛性溶液と適合し、高いpH条件について評価される。いくつかの場合において、異なる接着剤または接着材料が、EVAの代わりに、接着層504において使用されてもよい。例えば、PVC接着剤が適切であり得る。 Cellulose-coated filler 500 is a laminated plastic and includes an adhesive layer 504 interposed between a cellulose layer 506 and a plastic substrate 502. Adhesive layer 504 can include EVA, and adhesive layer 504 can have a thickness of 30-100 μm. The thickness of cellulose layer 506 can be approximately 50-100 μm. Cellulose is a suitable material for coated fillers because it is hydrophilic, allows solution wicking, and is inexpensive. An important consideration is that the structural integrity of the cellulose is compatible with alkaline recovery solutions since it does not collapse in highly concentrated caustic fluids. Also, cellulose can be easily extracted from the kraft paper process (which involves similar chemistry and reactions to some DAC processes). In some cases, EVA can be a suitable adhesive layer because it is one of the cheapest polymers and can be applied to any type of plastic substrate, including PVC and non-PVC plastic substrates. Can be glued. EVA is compatible with caustic solutions and evaluated for high pH conditions. In some cases, a different adhesive or adhesive material may be used in adhesive layer 504 instead of EVA. For example, PVC glue may be suitable.

セルロース層506をプラスチック基材502(つまり、充填物)に適用するための例示的なプロセスでは、初めに、接着層504(例えば、少なくとも30μmの厚さを有するEVA層)がプラスチック基材502(例えば、PVC)に置かれる。次に、接着層504が80℃~130℃の範囲の接着温度へと加熱される。次に、セルロース層506が接着層504にわたって置かれる。次に、セルロース層506は、加熱ローラ508を使用して接着層504に押し付けられる。これは、プラスチック基材502へのセルロース506の強い接着を形成することができる。 In an exemplary process for applying a cellulose layer 506 to a plastic substrate 502 (i.e., a filler), an adhesive layer 504 (e.g., an EVA layer having a thickness of at least 30 μm) is first applied to a plastic substrate 502 (i.e., an EVA layer having a thickness of at least 30 μm). For example, placed in PVC). Next, the adhesive layer 504 is heated to a bonding temperature in the range of 80°C to 130°C. Next, a cellulose layer 506 is placed over the adhesive layer 504. Cellulose layer 506 is then pressed onto adhesive layer 504 using heated rollers 508. This can form a strong bond of cellulose 506 to plastic substrate 502.

一例において、カレンダ加工600が、セルロース604および接着材料608(例えば、EVAまたはPVCの接着剤)をプラスチック基材または充填物シート602(例えば、PVC層)に適用するために使用され得る。図6は、図1A~図1Bに示されている気体-液体接触器100などの気体-液体接触器システムについて、充填物を製造するための例示的なカレンダ加工600を示している。充填物シート602を艶出しするプロセスでは、他のポリマーの外側層を充填物シート602に加えることが可能である。また、充填物シート602は、艶出しと同様のプロセスでローラを使用して、波形、溝、ヘリンボーン、または通路などのパターンへと成形されてもよい。 In one example, calendering 600 may be used to apply cellulose 604 and adhesive material 608 (eg, EVA or PVC adhesive) to a plastic substrate or filler sheet 602 (eg, a PVC layer). FIG. 6 shows an exemplary calendering process 600 for producing a fill for a gas-liquid contactor system, such as the gas-liquid contactor 100 shown in FIGS. 1A-1B. In the process of polishing the filler sheet 602, other polymeric outer layers can be added to the filler sheet 602. The filler sheet 602 may also be shaped into patterns such as corrugations, grooves, herringbones, or channels using rollers in a process similar to glazing.

図6に示されているように、カレンダは、紙、織物、またはプラスチックなどの材料のシートを完成または平滑化するために使用される一連の高い圧力のローラ606a、606b、606c、606d(集合的に、符号606)である。カレンダローラ606は、ある種類のプラスチック膜を形成するために、および、被覆を適用するためにも使用される。いくつかのカレンダローラ606は、必要に応じて加熱または冷却される。ある態様では、カレンダ加工600は、充填物シート602の両側において実施され得る。ある実施では、充填物シート602は、真空成形プロセスを使用してパターン(例えば、波形、溝、ヘリンボーン、または通路)へと成形され得る。充填物シート602は、CO2回収溶液を運ぶために開放可能である通路または溝を形成するために、互いと接触するように位置決めされ得る。充填物シート602同士の間の接触は、途切れなしであり得る、または、パターンに沿う点において間欠的であり得る。充填物シート602は、図7に記載されているものと同様である手法で、充填物区域を形成するために位置決めされ得る。 As shown in Figure 6, a calender consists of a series of high pressure rollers 606a, 606b, 606c, 606d (collectively Generally, the code is 606). Calendar rollers 606 are also used to form certain types of plastic films and to apply coatings. Some calender rollers 606 are heated or cooled as needed. In some embodiments, calendering 600 may be performed on both sides of filler sheet 602. In some implementations, filler sheet 602 may be formed into a pattern (eg, corrugations, grooves, herringbones, or channels) using a vacuum forming process. The packing sheets 602 may be positioned in contact with each other to form passageways or grooves that are openable to carry the CO 2 capture solution. Contact between filler sheets 602 can be continuous or intermittent at points along the pattern. Filler sheets 602 may be positioned to form filler areas in a manner similar to that described in FIG. 7.

被覆ではなく、または被覆に追加して、材料の表面の少なくとも一部分が、親水性を向上させるために表面における接着に変化をもたらすことができるある表面処理(図示されていない)に露出させることができる。このような表面処理の例は、プラズマ処理、火炎処理、コロナ処理、および、酸化剤によるいくつかの化学処理である。表面処理のいくつかの例は、ビーズブラスト加工およびエンボス加工などの機械的な処理であり得る。表面処理が、充填物層の表面に直接的に適用され得る。いくつかの場合において、表面処理は、特に被覆が表面処理に応答する場合(例えば、接触角度が小さくされ、被覆の親水性が向上する場合)、充填物層の表面にある被覆に適用できる。 Instead of, or in addition to, the coating, at least a portion of the surface of the material may be exposed to some surface treatment (not shown) that can effect a change in adhesion at the surface to improve hydrophilicity. can. Examples of such surface treatments are plasma treatments, flame treatments, corona treatments and some chemical treatments with oxidizing agents. Some examples of surface treatments can be mechanical treatments such as bead blasting and embossing. A surface treatment can be applied directly to the surface of the filler layer. In some cases, a surface treatment can be applied to the coating on the surface of the fill layer, especially if the coating is responsive to the surface treatment (eg, the contact angle is reduced and the hydrophilicity of the coating is improved).

被覆および表面処理ではなく、または、被覆および表面処理に追加して、充填物についての材料組成(図示されていない)は、親水性を向上させるために選択され得る。例えば、具体的なPVC樹脂および/またはビニル化合物は、商業的に利用可能な冷却塔充填物を形成するために使用されているいくつかの従来の熱可塑性物質(例えば、アクリル、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリスチレン、ナイロン、およびテフロン(登録商標))より高い表面エネルギーを有し得、増加した濡れやすさを有し得る。接触角度が、ホールドアップ効率を満たすための要因のうちの1つである材料の表面エネルギーを決定するために使用できる。高い表面エネルギーのPVC樹脂および/またはビニル化合物を備え得るビニルシートのロールストックの形態であり得る充填物材料原料が、成形型および真空成形のデバイスを使用して成形でき、充填物における層として使用され得る。 In addition to or in addition to the coating and surface treatment, the material composition for the filler (not shown) can be selected to improve hydrophilicity. For example, specific PVC resins and/or vinyl compounds are compatible with several conventional thermoplastics (e.g., acrylics, polyesters, polypropylene, may have higher surface energy than polystyrene, nylon, and Teflon, and may have increased wettability. The contact angle can be used to determine the surface energy of the material, which is one of the factors for meeting hold-up efficiency. The filler material raw material, which may be in the form of a roll stock of vinyl sheets, which may be comprised of high surface energy PVC resin and/or vinyl compounds, can be formed using molds and vacuum forming devices and used as a layer in the filler. can be done.

先に記載されている充填物の例示的な親水性の構成の追加または代替として、表面粗さは、充填物への回収溶液の接触角度を調整するために、および、濡れた表面の面積を増加させるために、使用することもできる。充填物の表面の形は、見掛けの接触角度を調整するために利用することができる。充填物の層は、「巨視的」な流れに影響を与えるために大きなマクロ構造を有することができる、および/または、接触角度に影響を与えるために層においてミクロ構造を有することができる。マクロ構造は、空気速度および充填物の剛性に依存して、液体が充填物の中で後方に、前方に、または真っ直ぐ下に移動しようとする傾向に影響を与える波形、溝、ヘリンボーン、または通路などのパターンを含み得る。ミクロ構造は、見掛けの接触角度を小さくすることができ、回収溶液の膜流を可能にする小さい規模のパターンまたは構造である。 In addition to or in place of the exemplary hydrophilic configuration of the packing described above, surface roughness can be used to adjust the contact angle of the collection solution to the packing and to reduce the area of the wetted surface. It can also be used to increase The shape of the surface of the filler can be used to adjust the apparent contact angle. The layer of packing can have large macrostructures to influence the "macroscopic" flow, and/or can have microstructures in the layer to influence the contact angle. Macrostructures are corrugations, grooves, herringbones, or channels that affect the tendency of liquid to move backwards, forwards, or straight down in the fill, depending on the air velocity and the stiffness of the fill. It can include patterns such as. Microstructures are small scale patterns or structures that can reduce the apparent contact angle and allow membrane flow of the collected solution.

充填物の層の質感のある表面は、ミクロ構造を、平坦な充填物に、または、マクロ構造を伴う充填物に重ねることで、遂行することができる。マクロ構造、ミクロ構造、または親水性被覆(前述のアクリル被覆、EVA被覆、およびセルロース被覆など)は、充填物の濡れた表面の面積を増加させるために、独立して、または、互いとの組み合わせで、使用することができる。いくつかのマクロ構造およびミクロ構造は、CO2回収溶液が0L/m2sから10L/m2sまでなどの範囲の液体充填の流量で分配され、2~10メートルなどの充填物深さを有する充填物に分配されるDAC用途について、物質移動を向上させるために特に適している。いくつかの場合において、充填物におけるマクロ構造およびミクロ構造は、0.5L/m2sから2.5L/m2sまでの液体充填速さに適している。 A textured surface of a layer of filling can be achieved by superimposing a microstructure on a flat filling or on a filling with a macrostructure. Macrostructural, microstructural, or hydrophilic coatings (such as the aforementioned acrylic coatings, EVA coatings, and cellulose coatings) can be used independently or in combination with each other to increase the wetted surface area of the filling. and can be used. Some macro- and microstructures indicate that the CO 2 recovery solution is dispensed at liquid-fill flow rates ranging from 0L/m 2 s to 10L/m 2 s, and with filling depths such as 2 to 10 meters. It is particularly suitable for improving mass transfer for DAC applications distributed in packings with In some cases, the macrostructure and microstructure in the packing are suitable for liquid filling rates from 0.5 L/m 2 s to 2.5 L/m 2 s.

マクロ構造を伴う充填物の例は、波形の充填物700である。例えば、図7は、図1A~図1Bに示されている気体-液体接触器100などの気体-液体接触器システムについて、充填物の波形の充填物シート702、704の斜視図、および波形の縁708の前面図を示している。波形の充填物シート702および704は、少なくとも1つの波形の縁708と、少なくとも1つの滑らかな縁706とを有する。滑らかな縁706は、波形の縁708と実質的に垂直であり得る。波形の充填物シート702および704は、波形の縁708の前面図によって描写されているように、頂部710と谷部712とを有する特定の断面の形を形成する波形を有し得る。例示的な波形の充填物の層702は、台形の波形を含む。例示的な波形の充填物の層704は、三角形の波形を含む。いくつかの場合において、波形充填物シートは、台形と三角形との両方の波形を形成し得る。いくつかの場合において、波形の縁708は、図示されていない他の断面の形を形成し得る。 An example of a filling with macrostructures is a corrugated filling 700. For example, FIG. 7 shows a perspective view of the corrugated packing sheets 702, 704 of the packing, and the corrugated A front view of rim 708 is shown. The corrugated filler sheets 702 and 704 have at least one corrugated edge 708 and at least one smooth edge 706. Smooth edge 706 may be substantially perpendicular to wavy edge 708. The corrugated filler sheets 702 and 704 may have corrugations that form a particular cross-sectional shape having peaks 710 and valleys 712, as depicted by the front view of the corrugated edges 708. The exemplary corrugated fill layer 702 includes trapezoidal corrugations. The exemplary corrugated fill layer 704 includes triangular corrugations. In some cases, the corrugated filler sheet may form both trapezoidal and triangular corrugations. In some cases, the corrugated edge 708 may form other cross-sectional shapes not shown.

波形の充填物シート702、704は、溶液が滑らかな縁706と実質的に平行である方向で波形708に沿って下へ流れるように、吊り下げられ得る(例えば、流動方向の波形)。この場合、流動方向の波形が液体の荷重によって比較的影響されないため、充填物シート702、704の引張強度だけが考慮される必要がある。いくつかの場合において、波形を有する波形充填物シート702、704は、溶液が波形の縁と実質的に平行である方向で波形を横切って流れるように位置決めされ得る(例えば、交差流動の波形)。 The corrugated packing sheets 702, 704 may be suspended so that the solution flows down along the corrugations 708 in a direction that is substantially parallel to the smooth edges 706 (eg, flow direction corrugations). In this case, only the tensile strength of the filler sheets 702, 704 needs to be considered, since the corrugations in the flow direction are relatively unaffected by liquid loading. In some cases, corrugated packing sheets 702, 704 having corrugations may be positioned such that the solution flows across the corrugations in a direction that is substantially parallel to the edges of the corrugations (e.g., cross-flow corrugations). .

充填物のいくつかの態様において、充填物シートは、(カーテンと同様に)波形充填物シートの波形の縁が水平の垂れ下がる棒材の軸とアラインされるように、垂れ下がる棒材から垂れ下げられる。ある実施において、充填物シートは互いから少なくとも0.2インチ空けて垂れ下げられ得る。例えば、充填物シートは互いから少なくとも0.5インチ空けて垂れ下げられ得る。例えば、充填物シートは互いから0.25インチ空けて垂れ下げられ得る。シート同士の間の間隔は差圧を決定することができる(小さい間隔はより大きい差圧をもたらす)。シートは、シートの波形が互いと少なくとも部分的にアラインされるように配置されるべきである。例えば、第1の波形のシートの頂部と第2の波形のシートの頂部との間の距離は、第1の波形のシートの谷部と第2の波形のシートの谷部との間の距離と同等であり得る。CO2回収溶液は、上液溜め部204から流れること、または、噴霧送り込みを介して流れることで、(気体の流れと並流または向流で)分配され得る。 In some embodiments of the infill, the infill sheet is suspended from the depending bar such that the corrugated edges of the corrugated infill sheet are aligned with the axis of the horizontal depending bar (similar to a curtain). . In some implementations, the filler sheets may be suspended at least 0.2 inches apart from each other. For example, the filler sheets can be suspended at least 0.5 inch apart from each other. For example, filler sheets can be hung 0.25 inches apart from each other. The spacing between the sheets can determine the pressure differential (smaller spacing results in a larger pressure differential). The sheets should be arranged so that the corrugations of the sheets are at least partially aligned with each other. For example, the distance between the top of the first corrugated sheet and the top of the second corrugated sheet is the distance between the trough of the first corrugated sheet and the trough of the second corrugated sheet. It can be equivalent to The CO 2 recovery solution can be distributed (in cocurrent or countercurrent with the gas flow) by flowing from the upper liquid sump 204 or via a spray feed.

充填物区域におけるマクロ構造の他の例は、通路または溝を含む。いくつかの態様において、1つの波形シート702、704は、回収溶液を運ぶように作用可能な通路が波形によって形成されるように、他の波形シート702、704と接触するように位置決めできる。いくつかの実施において、波形シート702、704は互いに圧し掛かることができる。いくつかの実施において、波形シート702、704は互いに固定させることができる(例えば、機械的に取り付けることができる)。例えば、波形シート702、704の波形の頂部710は、他の波形シート702、704の波形の谷部712に少なくとも部分的に接触し、それによって、それらの間に溝または通路を形成することができる。波形シート702、704同士の間の接触は、途切れなしであり得る、または、波形に沿う点において間欠的であり得る。充填物区域が、従来の充填物に形成される通路より急峻ではない(回収溶液のより漸進的な流れを可能にする)通路を形成する充填物シートを備えることができる。例えば、充填物区域は、(銃らの冷却塔の充填物において典型的に見られる45度の通路に反して)15度の通路を含むことができる。いくつかの実施において、マクロ構造は、0.5インチから4インチまでの範囲の寸法を含み得る。例えば、波形は1インチの幅と0.5インチの高さとを有し得る。 Other examples of macrostructures in the fill area include channels or grooves. In some embodiments, one corrugated sheet 702, 704 can be positioned in contact with another corrugated sheet 702, 704 such that the corrugations form a passageway operable to carry collection solution. In some implementations, the corrugated sheets 702, 704 can press against each other. In some implementations, corrugated sheets 702, 704 can be secured to each other (eg, mechanically attached). For example, the corrugated peaks 710 of the corrugated sheets 702, 704 may at least partially contact the corrugated troughs 712 of the other corrugated sheets 702, 704, thereby forming a groove or passageway therebetween. can. Contact between the corrugated sheets 702, 704 may be continuous or intermittent at points along the corrugations. The packing area can include packing sheets that form passages that are less steep (allowing for a more gradual flow of collected solution) than those formed in conventional packings. For example, the packing section can include 15 degree passages (as opposed to the 45 degree passages typically found in gun cooling tower packing). In some implementations, the macrostructures may include dimensions ranging from 0.5 inches to 4 inches. For example, the corrugations may have a width of 1 inch and a height of 0.5 inch.

図8は、図1A~図1Bに示されている気体-液体接触器100などの気体-液体接触器システムについて、漸進通路802a、802b(集合的に符号802)の1つまたは複数のセットを形成する充填物シートを備える充填物区域800を示している。いくつかの場合において、充填物区域800は、漸進通路802と、任意選択の親水性被覆(図3を参照して記載されているような被覆400など)とを含み得る。漸進通路802は、充填物区域800の鉛直面への液体分配を向上させることができる(つまり、前から後ろへの液体分配を向上させることができる)。漸進通路802は、圧力損失を低下させることもできる。いくつかの場合において、親水性被覆または表面処理は、漸進通路802を含む充填物区域800へと組み込まれる前に、1つまたは複数の充填物シートの少なくとも一部分に適用され得る。漸進通路802は、45度以下の角度である(例えば、傾斜である)通路を含み得る。例えば、漸進通路802は約15度から約45度までの範囲から選択できる。 FIG. 8 illustrates one or more sets of progressive passages 802a, 802b (collectively labeled 802) for a gas-liquid contactor system, such as the gas-liquid contactor 100 shown in FIGS. 1A-1B. A packing area 800 is shown with a forming packing sheet. In some cases, the fill area 800 may include a progressive passageway 802 and an optional hydrophilic coating (such as coating 400 as described with reference to FIG. 3). The progressive passageway 802 can improve liquid distribution in the vertical plane of the fill area 800 (ie, can improve liquid distribution from front to back). The progressive passage 802 can also reduce pressure drop. In some cases, a hydrophilic coating or surface treatment may be applied to at least a portion of one or more filler sheets prior to incorporation into filler section 800 that includes progressive passageway 802. The progressive passageway 802 may include a passageway that is at an angle of 45 degrees or less (eg, is sloped). For example, the progressive path 802 can be selected from a range of about 15 degrees to about 45 degrees.

ある実施において、漸進通路802aの第1のセットは、漸進通路802bの第2のセットより小さい角度で位置決めされる。例えば、漸進通路802aの第1のセットは15度の角度で位置決めされ得、漸進通路802bの第2のセットは、45度以下である異なる角度で位置決めされ得る(つまり、傾斜Aが15度であり、傾斜Bが45度以下である)。ある実施において、漸進通路802aの第1のセットと漸進通路802bの第2のセットとは、同様の角度で位置決めされる。例えば、漸進通路802の第1のセットおよび第2のセットの両方は、約15度の角度で位置決めされる(つまり、傾斜Aおよび傾斜Bが両方とも約15度である)。いくつかの場合において、漸進通路802aの第1のセットは漸進通路802bの第2のセットと非平行な角度にある。いくつかの場合において、限定されることはないが前述の実施を含め、通路の角度は、プロセスの設定点(空気速度および液体の流れ)に向けて液体分配に影響を与えるために、現在の45度から15度までの範囲内で調整され得る。 In some implementations, the first set of progressive passageways 802a is positioned at a smaller angle than the second set of progressive passageways 802b. For example, a first set of progressive passages 802a may be positioned at an angle of 15 degrees, and a second set of progressive passages 802b may be positioned at a different angle that is less than or equal to 45 degrees (i.e., slope A is 15 degrees). (Inclination B is 45 degrees or less). In some implementations, the first set of progressive passages 802a and the second set of progressive passages 802b are positioned at similar angles. For example, both the first and second sets of progressive passageways 802 are positioned at an angle of approximately 15 degrees (ie, slope A and slope B are both approximately 15 degrees). In some cases, the first set of progressive passages 802a is at a non-parallel angle to the second set of progressive passages 802b. In some cases, including but not limited to the implementations described above, the passageway angle is adjusted to affect liquid distribution toward the process set point (air velocity and liquid flow). It can be adjusted within the range of 45 degrees to 15 degrees.

ミクロ構造は、充填物シートにおける濡れた表面の面積を増加させるために、マクロ構造に重ねられ得る。図9は、図1A~図1Bに示されている気体-液体接触器100などの気体-液体接触器システムについて、充填物シートにおけるミクロ構造1200の例を示している。充填物106におけるミクロ構造1200は、回収溶液1202が(実際の接触角度の反対としての)見掛けの接触角度の効果を通じて濡らすことを向上させる非常に小さい規模の特徴部であり得る。ミクロ構造1200の大きさは、0.5インチから4インチまでの範囲であり得るマクロ構造と対照的に、ミリメートルの規模であり得る。 Microstructures can be superimposed on macrostructures to increase the wetted surface area in the filler sheet. FIG. 9 shows an example of a microstructure 1200 in a packing sheet for a gas-liquid contactor system, such as gas-liquid contactor 100 shown in FIGS. 1A-1B. The microstructures 1200 in the packing 106 can be very small scale features that enhance wetting by the collection solution 1202 through the effect of the apparent contact angle (as the opposite of the actual contact angle). The size of the microstructures 1200 can be on the millimeter scale, in contrast to the macrostructures, which can range from 0.5 inches to 4 inches.

小さい見掛けの接触角度を達成するために使用され得るミクロ構造1200の例は、隆条1204である。ある実施では、隆条1204は10mm未満の幅を有し得る。例えば、隆条1204は1mmから2mmの間の大きさとされ得る。隆条1204は、ミクロ構造のない表面と比較して、回収溶液1202によるより良好な濡れを達成するために使用できる交差流動隆条である。例えば、図9は、通常の平坦な充填物シートにおける液体の流れの、充填物シートにおける1mmの交差流れ隆条における液体流れとの比較を示している。 An example of a microstructure 1200 that can be used to achieve a small apparent contact angle is a ridge 1204. In some implementations, ridges 1204 may have a width of less than 10 mm. For example, ridges 1204 may be sized between 1 mm and 2 mm. Ridges 1204 are cross-flow ridges that can be used to achieve better wetting by recovery solution 1202 compared to a surface without microstructure. For example, Figure 9 shows a comparison of liquid flow in a normal flat packing sheet to liquid flow in a 1 mm cross-flow ridge in the packing sheet.

あるミクロ構造1200は充填物の層表面から突出し得る。ある実施において、充填物の層表面から突出するミクロ構造1200は、充填物の層表面と異なる材料を含み得る。例えば、顆粒1212または繊維1210が、最初に滑らかであった充填物の層の表面粗さを増加させるために、製造の間に充填物の層に導入され得る。繊維1210を充填物の層に追加することで、ガラス繊維シートと同様である質感を達成することができる。あるミクロ構造は充填物の層表面へと落ち込ませることができる。例えば、窪み1206、エッチング1208、小孔、穿孔、またはこれらの組み合わせが、初期に滑らかであった充填物の層の表面粗さを増加させるために導入され得る。充填物の層が、ローラワイヤブラシ、または細かい剛性の構成要素を伴う他の同様の工具を用いて、刻み込まれる。これらのミクロ構造の大きさ、間隔、および形は、0L/m2s~10L/m2sなどの範囲の液体充填流量について、見掛けの接触角度を(例えば、50度以下へと)小さくするように選択される。いくつかの場合において、ミクロ構造は、0.5L/m2sから2.5L/m2sまでの範囲の小さい液体充填速さについて、接触角度を小さくするように構成される。 Certain microstructures 1200 may protrude from the layer surface of the filler. In some implementations, the microstructures 1200 protruding from the layer surface of the filler may include a different material than the layer surface of the filler. For example, granules 1212 or fibers 1210 may be introduced into the layer of filler during manufacturing to increase the surface roughness of the layer of filler that was initially smooth. By adding fibers 1210 to the layer of filler, a texture that is similar to fiberglass sheets can be achieved. Certain microstructures can be depressed into the layer surface of the filler. For example, dimples 1206, etches 1208, perforations, perforations, or combinations thereof may be introduced to increase the surface roughness of an initially smooth layer of filler. A layer of filler is inscribed using a roller wire brush or other similar tool with fine rigid components. The size, spacing, and shape of these microstructures reduce the apparent contact angle (e.g., to below 50 degrees) for liquid fill flow rates ranging from 0 L/m 2 s to 10 L/m 2 s, etc. selected as follows. In some cases, the microstructure is configured to reduce the contact angle for small liquid fill rates ranging from 0.5 L/m 2 s to 2.5 L/m 2 s.

例えば、図10は、図1A~図1Bに示されている気体-液体接触器100などの気体-液体接触器システムについて、回収溶液の大きい流量および小さい流量において、交差流動隆条1302、流動方向隆条1308、および隆条なし(平坦)1314を有する充填物の接触面積を比較する図1300を示している。交差流動隆条1302および流動方向隆条1308は、ミリメートルの規模での大きさを有する充填物シートの表面に細く隆起した筋を形成している。隆条は、筋が液体流れ方向に対してどのように向き付けられるかに関して記載できる。交差流動隆条1302は、CO2回収溶液流れ方向と実質的に非平行な方向に向き付けられ得る。いくつかの場合において、交差流動隆条1302はCO2回収溶液の流れ方向に対して垂直に向き付けることができる。流動方向隆条1308は、液体の流れの方向と実質的に平行である方向に向き付けることができる。 For example, FIG. 10 shows that for a gas-liquid contactor system, such as the gas-liquid contactor 100 shown in FIGS. 1A-1B, the intersecting flow ridges 1302, flow direction, and FIG. 1300 shows a diagram 1300 comparing the contact area of fillers with ridges 1308 and no ridges (flat) 1314. Cross-flow ridges 1302 and flow direction ridges 1308 form narrow, raised striations on the surface of the filler sheet having dimensions on the millimeter scale. Ridges can be described in terms of how the streaks are oriented with respect to the direction of liquid flow. Cross flow ridges 1302 may be oriented in a direction substantially non-parallel to the CO 2 capture solution flow direction. In some cases, the cross-flow ridges 1302 can be oriented perpendicular to the flow direction of the CO 2 capture solution. Flow direction ridges 1308 can be oriented in a direction that is substantially parallel to the direction of liquid flow.

大きい液体流量において、交差流動隆条1306は、流動方向隆条1312および平坦な板1318より濡れた表面の面積(境界面面積)を達成することができる。同様に、小さい液体流量において、交差流動隆条1304は、流動方向隆条1310および平坦な板1316より濡れた表面の面積(境界面面積)を達成することができる。小さい流量の回収溶液は、液体ポンプの要件を低減するために、気体-液体接触器100において好ましく、したがって、交差流動隆条1302を含む充填物は、流動方向隆条1308または平坦な板1314を含む充填物に対して、これらの動作条件の下でより有益であり得る。いくつかの場合において、流動方向隆条1308は、気体の流れを方向付けるために、または、CO2回収溶液の流れを再方向付けるために、有益であり得る。モデリングは、1mmの交差流動隆条1302が、小さい見掛けの接触角度が達成されるように接触表面を傾けることで、0.95を超える濡れ部分を達成することができることを示している。流動方向隆条1308は、平坦な充填物1314に対して濡れを向上させることができるが、向上は交差流動隆条1302ほど大きくはない。 At large liquid flow rates, the cross flow ridges 1306 can achieve a wetter surface area (interface area) than the flow direction ridges 1312 and the flat plate 1318. Similarly, at small liquid flow rates, the cross flow ridges 1304 can achieve a wetter surface area (interface area) than the flow direction ridges 1310 and the flat plate 1316. A small flow rate of collected solution is preferred in the gas-liquid contactor 100 to reduce liquid pumping requirements, and therefore the packing containing cross-flow ridges 1302 may have flow direction ridges 1308 or flat plates 1314. may be more beneficial under these operating conditions. In some cases, flow direction ridges 1308 may be beneficial to direct the flow of gas or to redirect the flow of CO 2 capture solution. Modeling shows that a 1 mm cross-flow ridge 1302 can achieve a wetting area greater than 0.95 by tilting the contact surface such that a small apparent contact angle is achieved. Flow direction ridges 1308 can improve wetting relative to flat packing 1314, but the improvement is not as great as cross flow ridges 1302.

ミクロ構造および/またはマクロ構造は、1つまたは複数のプロセスを通じて成形され得る。例示的なプロセスは成形型および真空成形である。例示的な態様において、このプロセスは、マクロ構造およびミクロ構造の両方の反対のものを有する型を(例えば、3-Dプリンタを使用して)作り出すステップと、充填物材料(例えば、ブランク/平坦であるPVCなどの熱可塑性物質)のシートを110℃から150℃の成形温度まで加熱するステップと、充填物材料のシートを型に引き伸ばすステップと、充填物材料のシートを型に押し付けるために真空を適用するステップとを含む。他の例示的な態様において、このプロセスは、マクロ構造だけの反対のものを有する型を(例えば、3-Dプリンタを使用して)作り出すステップと、すでにミクロ構造を備える充填物材料のシート(例えば、窪みまたは1mmの隆条を伴う熱可塑性物質のシート)を成形温度まで加熱するステップと、充填物材料のシートを型に置くステップと、充填物材料のシートを型に接触させるために真空を適用するステップとを含む。 Microstructures and/or macrostructures may be shaped through one or more processes. Exemplary processes are mold and vacuum forming. In an exemplary embodiment, the process includes the steps of creating a mold (e.g., using a 3-D printer) having opposites of both macrostructure and microstructure and filling material (e.g., blank/flat (a thermoplastic such as PVC) to a forming temperature of 110°C to 150°C, stretching the sheet of filler material into a mold, and applying a vacuum to force the sheet of filler material into the mold. and applying. In other exemplary embodiments, the process includes creating a mold (e.g., using a 3-D printer) that has the opposite of only the macrostructure and a sheet of filler material (e.g., using a 3-D printer) that already has the microstructure ( (e.g., a sheet of thermoplastic material with dimples or 1 mm ridges) to the molding temperature, placing the sheet of filler material in the mold, and vacuuming the sheet of filler material in contact with the mold. and applying.

他の例示的な態様において、このプロセスは、ミクロ構造だけの反対のものを有する型を(例えば、3-Dプリンタを使用して)作り出すステップと、充填物材料のシート(例えば、ブランク/平坦の熱可塑性物質シート)を成形温度まで加熱するステップと、充填物材料のシートを型に適用するステップと、充填物材料のシートを型に押し付けるために真空を適用するステップとを含む。型は、2"x2"から少なくとも10'x10'までの範囲になり得る。ある態様では、プリントされた型の大きさは2'x2'の型または6"x6"の型であり得る。 In other exemplary embodiments, the process includes creating a mold (e.g., using a 3-D printer) having only the opposite microstructure and a sheet of filler material (e.g., a blank/flat applying a sheet of filler material to a mold; and applying a vacuum to force the sheet of filler material against the mold. Types can range from 2"x2" to at least 10'x10'. In some embodiments, the size of the printed mold can be a 2'x2' mold or a 6"x6" mold.

他の例示的なプロセスとして、充填物106は、3Dプリンタを使用してマクロ構造および/またはミクロ構造をプリントすることを直接的に含んでプリントされ得る。他の例示的なプロセスにおいて、充填物106は、充填物を製造するための型を製作するためにそれぞれ使用され得る柔らかい工具(例えば、粘土)または硬い工具で3Dプリントされてもよい。 As another example process, filler 106 may be printed directly including printing macrostructures and/or microstructures using a 3D printer. In another exemplary process, the filling 106 may be 3D printed with a soft tool (eg, clay) or a hard tool, each of which may be used to fabricate a mold for manufacturing the filling.

図11は、図1A~図1Bに示されている気体-液体接触器100などの気体-液体接触器システムについて、溶解可能固体1402を使用して充填物シート(または充填物材料)1404にミクロ構造1406を形成するための例示的な手法1400を示している。ミクロ構造1406が望まれるある用途において、溶解可能固体1402は、充填物材料1404をCO2回収システムに設置する前に導入され得る。より後の段階において、条件付けステップが取られ、溶解可能固体1402が溶解流体(例えば、酸、苛性溶液、CO2回収溶液など)で溶解され、窪み、隆条、または穿孔などのミクロ構造1406を残すことで充填物材料1404の質感を変化させる。溶解可能固体1402は、充填物材料1404の製造および/または被覆の間に追加され得る。例えば、溶解可能固体1402は、PVC樹脂および/またはビニル化合物を含む充填物材料1404へと導入され得る。ある用途では、溶解可能固体1402は、充填物材料原料1404へと導入されるのではなく、充填物材料1404の形成されたシートへの被覆の一部として導入される。 FIG. 11 shows a gas-liquid contactor system, such as the gas-liquid contactor 100 shown in FIGS. 14 illustrates an example technique 1400 for forming structure 1406. In certain applications where microstructure 1406 is desired, soluble solids 1402 may be introduced prior to installing filler material 1404 into the CO2 capture system. At a later stage, a conditioning step is taken in which the soluble solid 1402 is dissolved with a dissolving fluid (e.g., acid, caustic solution, CO 2 capture solution, etc.) to create microstructures 1406 such as depressions, ridges, or perforations. The texture of the filling material 1404 is changed by leaving it. Dissolvable solids 1402 may be added during manufacture and/or coating of filler material 1404. For example, soluble solids 1402 can be introduced into a filler material 1404 that includes PVC resin and/or vinyl compounds. In some applications, the soluble solids 1402 are not introduced into the filler material stock 1404, but as part of a coating on a formed sheet of filler material 1404.

例えば、充填物の条件付けの間、または、充填物を含む気体-液体接触器のプロセスを開始する間といった、より後の段階において、溶解可能固体1402は溶解流体で溶解することができる。溶解可能固体1402の消滅は、ミクロ構造1406を残すことで充填物材料1404の質感を変えることができる。この特徴のために使用され得る溶解可能固体1402のいくつかの例は、シリカ化合物、炭酸カルシウム(CaCO3)、炭酸カリウム(K2CO3)、または、溶解流体において溶解され得る同等の固体である。例えば、溶解流体は、条件付けステップで適用されるケミカルウォッシュ(例えば、酸)、または苛性回収溶液であり得る。ケミカルウォッシュは、希釈酢酸、酢、またはNaClなどの溶液で溶解可能固体1402を溶解することを伴い得る。条件付けステップは、KOHまたはNaOHなどの苛性回収溶液で溶解可能固体1402を溶解することを伴う可能性がある。いくつかの場合において、溶解流体は、水で溶ける塩または鉱物など(例えば、カルシウム、ナトリウム、塩化物、重炭酸塩、硫酸塩、有機物など)、特定の溶解可能固体1402を溶解させる水または蒸気であり得る。いくつかの場合において、溶解流体は、溶解可能固体1402の溶解率を増加させるために加熱され得る。 At a later stage, such as during conditioning of the charge or during initiation of the process of a gas-liquid contactor containing the charge, the dissolvable solids 1402 may be dissolved in the dissolving fluid. Disappearance of the soluble solid 1402 can change the texture of the filler material 1404 by leaving behind the microstructure 1406. Some examples of soluble solids 1402 that can be used for this feature are silica compounds, calcium carbonate (CaCO 3 ), potassium carbonate (K 2 CO 3 ), or similar solids that can be dissolved in the dissolution fluid. be. For example, the dissolution fluid can be a chemical wash (eg, an acid) applied in the conditioning step, or a caustic recovery solution. Chemical washing may involve dissolving soluble solids 1402 in solutions such as dilute acetic acid, vinegar, or NaCl. The conditioning step may involve dissolving the soluble solids 1402 with a caustic recovery solution such as KOH or NaOH. In some cases, the dissolving fluid is water or steam that dissolves certain soluble solids 1402, such as water-soluble salts or minerals (e.g., calcium, sodium, chlorides, bicarbonates, sulfates, organics, etc.). It can be. In some cases, the dissolution fluid may be heated to increase the rate of dissolution of the dissolvable solids 1402.

表面エネルギーを増加させること(例えば、被覆を通じて)、および、充填物の接触角度を小さくすること(例えば、マクロ構造およびミクロ構造を通じて)と共に、CO2回収溶液は、親水性を増加させるための手法で策定および/または適用され得る。例えば、CO2回収溶液の液滴の噴霧吹き付けを生成する噴霧CO2回収溶液の送り込みが、濡れた表面の面積を利用するために使用できる。図12は、図1A~図1Bに示されている気体-液体接触器100などの気体-液体接触器システムについて、噴霧溶液の液体境界面層1504との相互作用1500を示している。 Together with increasing the surface energy (e.g., through coatings) and decreasing the contact angle of the filler (e.g., through macro- and microstructures), CO 2 capture solutions are an approach to increase hydrophilicity. may be formulated and/or applied. For example, delivery of an atomized CO 2 capture solution that produces an atomized spray of droplets of CO 2 capture solution can be used to utilize the wetted surface area. FIG. 12 shows the interaction 1500 of a spray solution with a liquid interface layer 1504 for a gas-liquid contactor system, such as the gas-liquid contactor 100 shown in FIGS. 1A-1B.

噴霧溶液送り込みは、濡れた表面の面積を向上させる充填物の設計(親水性被覆された充填物、マクロ構造を伴う充填物、ミクロ構造を伴う充填物、またはこれらの組み合わせ)のいずれかと併せて使用できる。ある態様において、噴霧溶液液滴1506a、1506b(集合的に符号1506)は、気体の流れの方向において気体によって効果的に輸送されるのに十分な小ささである。通常の冷却塔のノズルでの(噴霧されない)吹き付けの液体の分布は、典型的にはバルクでの流れであり、ほとんどが重力を介して輸送されるより大きい液滴である。 Spray solution delivery can be combined with any of the packing designs (hydrophilically coated packings, packings with macrostructures, packings with microstructures, or combinations thereof) to increase the wetted surface area. Can be used. In certain embodiments, the spray solution droplets 1506a, 1506b (collectively labeled 1506) are small enough to be effectively transported by the gas in the direction of gas flow. The distribution of sprayed (non-atomized) liquid at a typical cooling tower nozzle is typically a bulk flow, with mostly larger droplets transported via gravity.

CO2回収溶液は、性能を向上させるために、気体流れと同時に、噴霧された吹き付けとして充填物に分配させることができる。表面は、特定の量の濡れを達成するために、最小限の濡れの流れまたは液体の流れ(CO2回収溶液の流量)を必要とする。いくつかの場合において、小さい液体流れにおいて、親水性の表面、または最適な接触角度を伴う表面が使用される場合、噴霧溶液液滴1506は(例えば、噴霧なしの液滴と比較して)濡れを高めることができる。いくつかの場合において、大きい液体流れにおいて、噴霧溶液液滴1506は、疎水性表面が使用される場合、(例えば、噴霧なしの液滴と比較して)濡れをあまり高めることはない可能性がある。大きい液体流れは噴霧溶液液滴1506の乱流をもたらす可能性があり、バルク溶液に対する噴霧溶液液滴1506の吸収は、大きい濡れ流量における溶液の乱流によって妨げられる可能性がある。充填物が疎水性である場合、噴霧溶液液滴1506は、バルク溶液層1502が滴を形成することでより小さくなるため、あまり効果的ではない。 The CO 2 capture solution can be distributed to the packing as an atomized spray simultaneously with the gas flow to improve performance. The surface requires a minimum wetting flow or liquid flow (CO 2 capture solution flow rate) to achieve a certain amount of wetting. In some cases, in small liquid flows, if a hydrophilic surface, or a surface with an optimal contact angle, is used, the spray solution droplets 1506 will be less wet (e.g., compared to droplets without spray). can be increased. In some cases, in large liquid flows, spray solution droplets 1506 may not significantly enhance wetting (e.g., compared to droplets without spray) if a hydrophobic surface is used. be. Large liquid flows can result in turbulent flow of the atomized solution droplets 1506, and absorption of the atomized solution droplets 1506 into the bulk solution can be hindered by the turbulent flow of the solution at large wetting flow rates. If the filler is hydrophobic, the spray solution droplets 1506 will be less effective because the bulk solution layer 1502 will become smaller as the droplets form.

充填物が親水性である場合、噴霧溶液液滴1506は、バルク溶液層1502が拡がることでより大きくなるため、より効果的とすることができる。バルク溶液層1502は、選択された吹き付け流量によって部分的に決定され、必ずしも最小限の濡れの流れによって決定されない。比表面積が、親水性のため、または、表面において小さい規模の構造を採用することで、増加させられる場合、活性の液体境界面の面積が、液滴1508a、1508bを補給することで連続的に補給され得る。液滴1508を補給することは、反応率に影響を与え得る液体境界面層1504を補給する噴霧溶液の液滴である。大きな規模のシステムにおいて、充填物の下部における液体の流れは、むしろ大きくなる可能性もある。充填物を通じてこの流れを段階的なレベルで選択的に逸らすことが必要な可能性がある。 If the filler is hydrophilic, the spray solution droplets 1506 can be more effective because the bulk solution layer 1502 becomes larger due to spreading. The bulk solution layer 1502 is determined in part by the selected spray flow rate and not necessarily by the minimum wetting flow. If the specific surface area is increased due to hydrophilicity or by adopting small-scale structures at the surface, the area of the active liquid interface increases continuously by replenishing droplets 1508a, 1508b. Can be replenished. Replenishing droplets 1508 are droplets of spray solution that replenish the liquid interface layer 1504, which can affect reaction rates. In large scale systems, the liquid flow at the bottom of the packing can even be rather large. It may be necessary to selectively divert this flow through the packing at graded levels.

従来のCO2回収溶液への変更の他の例として、CO2回収溶液は、親水性を増加させる、および/または溶液への気体のCO2の移動の速さを増加させる1つまたは複数の酵素化合物または触媒を、含むことができる。例えば、充填物を収容する気体-液体接触器(例えば、図1A~図1Bの気体-液体接触器100)において速度向上添加物を実施することは有益であり得る。速度向上添加物は、気体からCO2回収溶液へのCO2の移動の速さを増加させることができる。速度向上添加物は、触媒、促進剤、溶剤、または他の種類の添加物を含み得る。速度向上添加物の例には、例えば、炭酸脱水酵素、ピペラジン、MEA、DEA、トリアザサイクル亜鉛、テトラアザサイクル亜鉛、グリシン酸銅、ヒドロキソペンタアミンコバルト過塩素酸塩、ホルムアルデヒド水和物、サッカロース、フルクトース、グルコース、フェノール、フェノレート、グリセリン、亜ヒ酸塩、次亜塩素酸塩、次亜臭素酸塩、または他のオキシアニオン種があり得る。 As another example of a modification to a conventional CO 2 capture solution, the CO 2 capture solution may have one or more additives that increase its hydrophilicity and/or increase the rate of transfer of gaseous CO 2 into the solution. Enzyme compounds or catalysts can be included. For example, it may be beneficial to implement rate-enhancing additives in a gas-liquid contactor containing a charge (eg, gas-liquid contactor 100 of FIGS. 1A-1B). Speed-enhancing additives can increase the rate of movement of CO2 from the gas to the CO2 capture solution. Speed-enhancing additives may include catalysts, promoters, solvents, or other types of additives. Examples of speed-enhancing additives include, for example, carbonic anhydrase, piperazine, MEA, DEA, zinc triazacycyl, zinc tetraazacycyl, copper glycinate, hydroxopentamine cobalt perchlorate, formaldehyde hydrate, sucrose. , fructose, glucose, phenol, phenolate, glycerin, arsenite, hypochlorite, hypobromite, or other oxyanion species.

いくつかの場合において、速度向上添加物は、充填物にわたって流れるCO2回収溶液において自由に移動することができる。いくつかの場合において、速度向上添加物は、充填物にわたって流れるCO2回収溶液において自由に移動するカプセルにおいて不動とされ得る。速度向上添加物が自由に移動している場合には、速度向上添加物は、気体-液体接触器の中で拘束させることができ、障壁または濾過システムによって、再生システムへと流れることが妨げられる。 In some cases, the rate-enhancing additive can move freely in the CO2 recovery solution flowing across the packing. In some cases, the rate-enhancing additive may be immobile in the capsule, moving freely in the CO 2 capture solution flowing across the fill. If the speed-enhancing additive is freely moving, it can be confined within the gas-liquid contactor and prevented from flowing to the regeneration system by a barrier or filtration system. .

いくつかの場合において、不動の方法によって固体の支持において安定化させられる促進剤または触媒などの速度向上添加物を含む速度向上材料で充填物の表面を被覆することは、有利であり得る。例えば、ミクロ構造、マクロ構造、または充填物シートの滑らかな表面の少なくとも1つは、速度向上材料で被覆され得る。 In some cases, it may be advantageous to coat the surface of the packing with a rate-enhancing material containing rate-enhancing additives such as promoters or catalysts that are stabilized in a solid support by an immobile method. For example, at least one of the microstructure, macrostructure, or smooth surface of the filler sheet can be coated with a speed-enhancing material.

いくつかの場合において、充填物を製造するときに使用される未加工の充填物材料原料を速度向上添加物と混合することが、有利であり得る。例えば、充填物シートが、PVCと、促進剤または触媒を保持する樹脂との混合物を含んでもよい。この場合、促進剤または触媒は、樹脂における固体の支持体において安定化させられ得る。ある用途では、回収溶液における自由に移動する速度向上添加物、表面において被覆される速度向上材料、充填物の材料の中で混合される速度向上材料、またはこれらの組み合わせが、CO2取り込みを向上させるために用いられ得る。 In some cases, it may be advantageous to mix the raw filler material raw material used in manufacturing the filler with speed-enhancing additives. For example, the filler sheet may include a mixture of PVC and a resin that carries a promoter or catalyst. In this case, the promoter or catalyst can be stabilized in a solid support in the resin. In some applications, free-moving rate-enhancing additives in the collection solution, rate-enhancing materials coated on the surface, rate-enhancing materials mixed within the packing material, or combinations thereof improve CO 2 uptake. It can be used to make

図13は、図1A~図1Bに示されている気体-液体接触器100などの気体-液体接触器システムについて、制御システム(または制御装置)1600の概略図である。システム1600は、例えば制御システム999、もしくは本明細書に記載されている他の制御装置として、またはその一部として、先に記載されているコンピュータで実施される方法のいずれかとの関連で記載されている動作のために使用できる。 FIG. 13 is a schematic diagram of a control system (or controller) 1600 for a gas-liquid contactor system, such as gas-liquid contactor 100 shown in FIGS. 1A-1B. System 1600 may be described in connection with any of the computer-implemented methods described above, such as as or as part of control system 999 or other control devices described herein. It can be used for operations that

システム1600は、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、ワークステーション、携帯情報端末、サーバ、ブレードサーバ、メインフレーム、および他の適切なコンピュータなど、様々な形態のデジタルコンピュータを含むように意図されている。システム1600は、携帯情報端末、携帯電話、スマートフォン、および他の同様のコンピュータデバイスなどの携帯デバイスを含む可能性もある。また、システムは、ユニバーサルシリアルバス(USB)フラッシュドライブなどの携帯保存媒体を含み得る。例えば、USBフラッシュドライブは、動作システムおよび他のアプリケーションを保存することができる。USBフラッシュドライブは、無線送信装置、または、他のコンピュータデバイスのUSBポートへ挿入させることができるUSBコネクタなど、入力/出力構成要素を備え得る。 System 1600 is intended to include various forms of digital computers, such as laptop computers, desktop computers, workstations, personal digital assistants, servers, blade servers, mainframes, and other suitable computers. System 1600 may also include mobile devices such as personal digital assistants, cell phones, smartphones, and other similar computing devices. The system may also include portable storage media such as a Universal Serial Bus (USB) flash drive. For example, a USB flash drive can store operating systems and other applications. A USB flash drive may include input/output components, such as a wireless transmitter or a USB connector that can be inserted into a USB port on another computing device.

システム1600は、処理装置1610と、メモリ1620と、記憶デバイス1630と、入力/出力デバイス1640とを備える。構成要素1610、1620、1630、および1640の各々は、システムバス1650を使用して相互に接続されている。処理装置1610は、システム1600内での実行のための命令を処理することができる。処理装置は、いくつかのアーキテクチャのいずれかを使用して設計できる。例えば、処理装置1610は、CISC(複合命令セットコンピュータ)処理装置、RISC(縮小命令セットコンピュータ)処理装置、またはMISC(最小限命令セットコンピュータ)処理装置であり得る。 System 1600 includes a processing unit 1610, memory 1620, storage device 1630, and input/output device 1640. Each of components 1610, 1620, 1630, and 1640 are interconnected using system bus 1650. Processing unit 1610 can process instructions for execution within system 1600. Processing devices can be designed using any of several architectures. For example, processing device 1610 may be a CISC (complex instruction set computer) processing device, a RISC (reduced instruction set computer) processing device, or a MISC (minimum instruction set computer) processing device.

ある実施では、処理装置1610はシングルスレッド処理装置である。ある実施では、処理装置1610はマルチスレッド処理装置である。処理装置1610は、ユーザインターフェースについての図式の情報を入力/出力デバイス1640に表示するために、メモリ1620または記憶デバイス1630に保存されている命令を処理することができる。 In some implementations, processing device 1610 is a single-threaded processing device. In some implementations, processing device 1610 is a multi-threaded processing device. Processing unit 1610 may process instructions stored in memory 1620 or storage device 1630 to display graphical information about a user interface on input/output device 1640.

メモリ1620は情報をシステム1600内で保存する。ある実施では、メモリ1620はコンピュータ読み取り可能媒体である。ある実施では、メモリ1620は揮発性記憶ユニットである。ある実施では、メモリ1620は不揮発性記憶ユニットである。 Memory 1620 stores information within system 1600. In some implementations, memory 1620 is a computer readable medium. In some implementations, memory 1620 is a volatile storage unit. In some implementations, memory 1620 is a non-volatile storage unit.

記憶デバイス1630は大容量記憶をシステム1600に提供することができる。ある実施では、記憶デバイス1630はコンピュータ読み取り可能媒体である。様々な異なる実施において、記憶デバイス1630は、フロッピーディスクデバイス、ハードディスクデバイス、光学ディスクデバイス、またはテープデバイスであり得る。 Storage device 1630 can provide mass storage to system 1600. In some implementations, storage device 1630 is a computer readable medium. In various different implementations, storage device 1630 can be a floppy disk device, a hard disk device, an optical disk device, or a tape device.

入力/出力デバイス1640は入力/出力動作をシステム1600に提供する。ある実施では、入力/出力デバイス1640はキーボードおよび/またはポインティングデバイスを含む。ある実施では、入力/出力デバイス1640はグラフィカルユーザインターフェースを表示するための表示ユニットを含む。 Input/output device 1640 provides input/output operations to system 1600. In some implementations, input/output device 1640 includes a keyboard and/or pointing device. In some implementations, input/output device 1640 includes a display unit for displaying a graphical user interface.

記載されている特定の特徴は、デジタル電子回路、コンピュータのハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、またはこれらの組み合わせで実施され得る。装置は、プログラム可能処理装置による実行のための機械読み取り可能な記憶デバイスなどの情報担体で有形に具現化されたコンピュータプログラム製品で実施でき、方法のステップが、記載されている実施の機能を、入力データで動作して出力を生成することで実施するために、命令のプログラムを実行するプログラム可能処理装置によって実施され得る。記載されている特徴は、データおよび命令を、データ保存システム、少なくとも1つの入力デバイス、および少なくとも1つの出力デバイスから受信し、データおよび命令を、データ保存システム、少なくとも1つの入力デバイス、および少なくとも1つの出力デバイスへと送信するために接続された少なくとも1つのプログラム可能処理装置を含め、プログラム可能システムにおいて実行可能である1つまたは複数のコンピュータプログラムにおいて有利に実施できる。コンピュータプログラムは、特定の活動を実施するために、または、特定の結果を引き起こすために、コンピュータにおいて直接的または間接的に使用され得る命令のセットである。コンピュータプログラムは、コンパイル型言語またはインタプリタ型言語を含め、任意の形態のプログラム言語で書き出すことができ、スタンドアローンプログラムとしての展開、または、モジュール、コンポーネント、サブルーチン、もしくは、コンピュータ環境における使用のために適した他のユニットとしての展開を含め、任意の形態で展開させることができる。 The particular features described may be implemented in digital electronic circuitry, computer hardware, firmware, software, or combinations thereof. The apparatus may be implemented in a computer program product tangibly embodied in an information carrier such as a machine-readable storage device for execution by a programmable processing device, and the method steps perform the functions of the described implementation. It may be implemented by a programmable processing device that executes a program of instructions to perform operations on input data and generate output. The described features include receiving data and instructions from a data storage system, at least one input device, and at least one output device; The invention may advantageously be implemented in one or more computer programs executable in a programmable system, including at least one programmable processing device connected for transmission to an output device. A computer program is a set of instructions that can be used, directly or indirectly, in a computer to perform a particular activity or cause a particular result. A computer program can be written in any form of programming language, including compiled or interpreted languages, for deployment as a stand-alone program, or for use in a module, component, subroutine, or computer environment. It can be deployed in any form, including deployment as other suitable units.

命令のプログラムの実行のための適切な処理装置には、例として、汎用マイクロプロセッサおよび専用マイクロプロセッサの両方があり、任意の種類のコンピュータの単一の処理装置、または、複数の処理装置のうちの1つがある。概して、処理装置は、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、またはそれら両方から命令およびデータを受信することになる。コンピュータの本質的な要素は、命令を実行するための処理装置、ならびに、命令およびデータを保存するための1つまたは複数のメモリである。概して、コンピュータは、データファイルを保存するための1つまたは複数の大容量メモリをも備える、またはそのような大容量メモリと通信するように動作可能に接続され、このようなメモリは、内部ハードディスクおよび取り外し可能ディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、および光学ディスクを備える。コンピュータプログラム命令およびデータを有形に具現化するのに適したメモリには、例として、EPROM、EEPROM、およびフラッシュメモリデバイスなどの半導体メモリデバイス、内部ハードディスクおよび取り外し可能ディスクなどの磁気ディスク、光磁気ディスク、ならびに、CD-ROMディスクおよびDVD-ROMディスクを含め、すべての形態の非揮発性メモリがある。処理装置およびメモリは、ASIC(特定用途向け集積回路)によって補うことができる、または、ASICに組み込むことができる。 Suitable processing units for the execution of a program of instructions include, by way of example, both general and special purpose microprocessors, and may include a single processing unit or a number of processing units of any type of computer. There is one. Generally, a processing device will receive instructions and data from read only memory, random access memory, or both. The essential elements of a computer are a processing unit for executing instructions and one or more memories for storing instructions and data. Generally, the computer also includes, or is operably connected to communicate with, one or more mass memories for storing data files, and such memory includes an internal hard disk drive. and magnetic disks, magneto-optical disks, and optical disks, such as removable disks. Memory suitable for tangibly embodying computer program instructions and data includes, by way of example, semiconductor memory devices such as EPROM, EEPROM, and flash memory devices, magnetic disks such as internal hard disks and removable disks, and magneto-optical disks. There are all forms of non-volatile memory, including CD-ROM disks and DVD-ROM disks. The processing unit and memory can be supplemented by or integrated into an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

使用者との交流を提供するために、使用者に情報を表示するためのCRT(ブラウン管)またはLCD(液晶表示装置)のモニタなどの表示装置と、キーボード、および、使用者が入力をコンピュータに提供することができるマウスまたはトラックボールなどのポインティングデバイスとを有するコンピュータにおいて、特徴が実施され得る。また、このような活動は、タッチスクリーン、フラットパネル表示装置、および他の適切な機構を介して実施させることができる。 In order to provide interaction with the user, there is a display device such as a CRT (cathode ray tube) or LCD (liquid crystal display) monitor to display information to the user, a keyboard, and a computer that allows the user to input information. The features may be implemented in a computer having a pointing device such as a mouse or trackball that may be provided. Also, such activities may be performed via touch screens, flat panel displays, and other suitable mechanisms.

特徴は、データサーバなどのバックエンドの構成要素を含む制御システム、アプリケーションサーバもしくはインターネットサーバなどのミドルウェアの構成要素を含む制御システム、グラフィカルユーザインターフェースもしくはインターネットブラウザを有するクライアントコンピュータなどのフロントエンドの構成要素を含む制御システム、または、それらの任意の組み合わせで実施され得る。システムの構成要素は、通信ネットワークなどのデジタルデータ通信の任意の形態または媒体によって接続され得る。通信ネットワークの例には、ローカルエリアネットワーク(「LAN」)、広域ネットワーク(「WAN」)、ピアツーピアネットワーク(アドホックまたは静的メンバを有する)、グリッドコンピューティングインフラストラクチャ、およびインターネットがある。 Features include a control system that includes back-end components such as a data server, a control system that includes middleware components such as an application server or an Internet server, and front-end components such as a client computer with a graphical user interface or Internet browser. or any combination thereof. The components of the system may be connected by any form or medium of digital data communication, such as a communications network. Examples of communication networks include local area networks (“LANs”), wide area networks (“WANs”), peer-to-peer networks (with ad hoc or static members), grid computing infrastructures, and the Internet.

本開示のいくつかの実施形態が記載されている。それでもなお、様々な変更が本開示の精神および範囲から逸脱することなく行うことができることが理解される。したがって、他の実施形態は、以下の特許請求の範囲の範囲内にある。様々な態様のさらなる変更および代替の実施形態が、本記載を考慮して、当業者には明らかになる。したがって、本記載は単に例示として解釈される。図示され、本明細書で記載された形態は実施形態の例として見なされることが理解されるべきである。本記載の便益を知った後に当業者にはすべて明らかになるように、要素および材料が、図示され、本明細書に記載されているものの代わりとされてもよく、部品およびプロセスは逆にされてもよく、特定の特徴は独立して利用されてもよい。変更は、以下の特許請求の範囲に記載されているような精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に記載されている要素において行うことができる。 Several embodiments of the present disclosure have been described. Nevertheless, it is understood that various changes can be made without departing from the spirit and scope of the disclosure. Accordingly, other embodiments are within the scope of the following claims. Further modifications and alternative embodiments of various aspects will be apparent to those skilled in the art in view of this description. Accordingly, this description is to be construed as illustrative only. It is to be understood that the forms shown and described herein are to be considered as example embodiments. Elements and materials may be substituted for those illustrated and described herein, and parts and processes may be reversed, as will be all clear to those skilled in the art after having the benefit of this description. and certain features may be used independently. Changes may be made in the elements described herein without departing from the spirit and scope as set forth in the following claims.

100、100a、100b 気体-液体接触器
104 液体分配システム
105 上液溜め部
106 充填物、充填物区域
110 下液溜め部
112 ファン
114 CO2回収溶液
118 気体吸気部
200 気体-液体接触器
201 構造部材
202 フレーム
204 上液溜め部
206 充填物
208 プレナム
210 下液溜め部
212 ファン
214 CO2回収溶液
216 筐体
300 図
302 回収溶液(流れ)
304 充填物表面、充填物
306 充填物
400 親水性被覆
402 充填物表面
404 第1のアクリル層
406 第2のアクリル層
408 ファウリング層
410 回収溶液
500 充填物
502 プラスチック基材
504 接着層
506 セルロース層
600 カレンダ加工
602 プラスチック基材、充填物シート
604 セルロース
606、606a、606b、606c、606d カレンダローラ
608 接着材料
700 波形の充填物
702、704 波形の充填物シート、波形の充填物の層
706 滑らかな縁
708 波形の縁
710 頂部
712 谷部
800 充填物区域
802、802a、802b 漸進通路
999 制御システム
1200 ミクロ構造
1202 回収溶液
1204 交差流動隆条
1210 繊維
1212 顆粒
1300 図
1302、1304、1306 交差流動隆条
1308、1310、1312 流動方向隆条
1314、1316、1318 隆条なし、平坦な板
1400 手法
1402 溶解可能固体
1404 充填物材料
1406 ミクロ構造
1500 相互作用
1502 バルク溶液層
1504 液体境界面層
1506、1506a、1506b 噴霧溶液液滴
1508、1508a、1508b 液滴
1600 制御システム、制御装置
1610 処理装置
1620 メモリ
1630 記憶デバイス
1640 入力/出力デバイス
θ 接触角度
100, 100a, 100b gas-liquid contactor
104 Liquid distribution system
105 Upper liquid reservoir
106 Filling, filling area
110 Lower liquid reservoir
112 fan
114 CO2 recovery solution
118 Gas intake part
200 Gas-Liquid Contactor
201 Structural members
202 frame
204 Upper liquid reservoir
206 Filling
208 Plenum
210 Lower liquid reservoir
212 fan
214 CO2 recovery solution
216 Housing
300 figures
302 Recovery solution (flow)
304 Filling surface, filling
306 Filling
400 Hydrophilic coating
402 Filling surface
404 First acrylic layer
406 Second acrylic layer
408 Fouling layer
410 Recovery solution
500 fillings
502 Plastic base material
504 Adhesive layer
506 cellulose layer
600 Calendar processing
602 Plastic base material, filling sheet
604 Cellulose
606, 606a, 606b, 606c, 606d calendar roller
608 Adhesive materials
700 corrugated filling
702, 704 corrugated filling sheet, corrugated filling layer
706 smooth edges
708 Wavy edge
710 Top
712 Tanibe
800 Filling area
802, 802a, 802b progressive passage
999 control system
1200 Microstructure
1202 Recovery solution
1204 Intersecting flow ridges
1210 Fiber
1212 Granules
1300 figures
1302, 1304, 1306 Intersecting flow ridges
1308, 1310, 1312 Flow direction ridges
1314, 1316, 1318 Flat plate without ridges
1400 methods
1402 Soluble solids
1404 Filling materials
1406 Microstructure
1500 interactions
1502 Bulk solution layer
1504 Liquid boundary layer
1506, 1506a, 1506b spray solution droplets
1508, 1508a, 1508b droplets
1600 Control systems, control devices
1610 Processing equipment
1620 memory
1630 storage device
1640 Input/Output Device θ Contact Angle

Claims (45)

CO2を希釈気体混合物から除去するためのシステムであって、
複数の構造部材を備えるフレームと、
1つまたは複数の充填物シートを備える少なくとも1つの充填物区域であって、前記1つまたは複数の充填物シートは、複数のマクロ構造を備える、少なくとも1つの充填物区域と、
前記少なくとも1つの充填物区域の下方に少なくとも部分的に位置決めされ、CO2回収溶液を保持するように構成される1つまたは複数の液溜め部と、
前記少なくとも1つの充填物区域を通じてCO2含有ガスを循環させるように位置決めされる少なくとも1つのファンと、
前記CO2回収溶液を前記少なくとも1つの充填物区域へと流すように構成される液体分配システムと
を備える、システム。
A system for removing CO2 from a dilute gas mixture, the system comprising:
a frame including a plurality of structural members;
at least one filled area comprising one or more filled sheets, the one or more filled sheets comprising a plurality of macrostructures;
one or more reservoirs positioned at least partially below the at least one fill area and configured to retain a CO 2 capture solution;
at least one fan positioned to circulate CO2 - containing gas through the at least one fill area;
a liquid distribution system configured to flow the CO2 recovery solution to the at least one packing area.
前記少なくとも1つの充填物区域および前記ファンは、前記CO2含有ガスを、前記CO2回収溶液に対して交差流の構成で、前記少なくとも1つの充填物区域を通じて流すように構成される、請求項1に記載のシステム。 5. The at least one packing section and the fan are configured to flow the CO2- containing gas through the at least one packing section in a cross-flow configuration with respect to the CO2 recovery solution. The system described in 1. 前記少なくとも1つの充填物区域および前記ファンは、前記CO2含有ガスを、前記CO2回収溶液に対して向流の構成で、前記少なくとも1つの充填物区域を通じて流すように構成される、請求項1に記載のシステム。 4. The at least one packing section and the fan are configured to flow the CO2- containing gas through the at least one packing section in a countercurrent configuration with respect to the CO2 recovery solution. The system described in 1. 前記液体分配システムは、
前記フレームの上部またはその近くに位置決めされる1つまたは複数の上液溜め部と、
前記1つまたは複数の上液溜め部の下方で、前記少なくとも1つの充填物区域の中に位置決めされる1つまたは複数の再分配システムと、
前記フレームの下部またはその近くに位置決めされる1つまたは複数の下液溜め部と
を備える、請求項1に記載のシステム。
The liquid distribution system includes:
one or more upper reservoirs positioned at or near the top of the frame;
one or more redistribution systems positioned in the at least one fill area below the one or more upper liquid reservoirs;
2. The system of claim 1, comprising: one or more sump portions positioned at or near a bottom portion of the frame.
前記1つまたは複数の充填物シートは、第1の角度での漸進通路の第1のセットと、前記第1の角度より大きい第2の角度での漸進通路の第2のセットとを備える、請求項1に記載のシステム。 the one or more filler sheets comprising a first set of progressive passages at a first angle and a second set of progressive passages at a second angle greater than the first angle; The system according to claim 1. 前記第1の角度は15度であり、前記第2の角度は45度以下である、請求項5に記載のシステム。 6. The system of claim 5, wherein the first angle is 15 degrees and the second angle is 45 degrees or less. 前記1つまたは複数の充填物シートは、親水性表面被覆を備える、請求項1に記載のシステム。 2. The system of claim 1, wherein the one or more filler sheets comprise a hydrophilic surface coating. 前記1つまたは複数の充填物シートは、プラズマ処理、火炎処理、コロナ処理、または化学処理のうちの少なくとも1つを含む親水性表面処理を含む、請求項1に記載のシステム。 2. The system of claim 1, wherein the one or more filler sheets include a hydrophilic surface treatment including at least one of plasma treatment, flame treatment, corona treatment, or chemical treatment. 前記複数のマクロ構造は、波形、溝、ヘリンボーン、または通路のうちの少なくとも1つを備える、請求項1に記載のシステム。 2. The system of claim 1, wherein the plurality of macrostructures comprises at least one of corrugations, grooves, herringbones, or passages. 前記1つまたは複数の充填物シートは、複数のミクロ構造をさらに備える、請求項9に記載のシステム。 10. The system of claim 9, wherein the one or more filler sheets further comprise a plurality of microstructures. 前記複数のミクロ構造は、前記波形と非平行である複数の隆条を備える、請求項10に記載のシステム。 11. The system of claim 10, wherein the plurality of microstructures comprises a plurality of ridges that are non-parallel to the corrugations. 前記波形は、前記1つまたは複数の液溜め部から前記少なくとも1つの充填物区域への前記CO2回収溶液の流れの方向とアラインされる、請求項11に記載のシステム。 12. The system of claim 11, wherein the waveform is aligned with a direction of flow of the CO2 recovery solution from the one or more reservoirs to the at least one packing area. 前記複数のミクロ構造は、隆条、窪み、小孔、エッチング、顆粒、繊維、穿孔、またはこれらの組み合わせのうちの少なくとも1つを備える、請求項11に記載のシステム。 12. The system of claim 11, wherein the plurality of microstructures comprises at least one of ridges, depressions, pores, etchings, granules, fibers, perforations, or combinations thereof. 前記隆条は、複数の交差流動隆条を備える、請求項13に記載のシステム。 14. The system of claim 13, wherein the ridge comprises a plurality of intersecting flowing ridges. 前記親水性表面被覆は、セルロース層と、EVA層またはPVC接着剤層のうちの少なくとも一方とを備える、請求項7に記載のシステム。 8. The system of claim 7, wherein the hydrophilic surface coating comprises a cellulose layer and at least one of an EVA layer or a PVC adhesive layer. 前記親水性表面被覆は、少なくとも1つのアクリル被覆を備える、請求項7に記載のシステム。 8. The system of claim 7, wherein the hydrophilic surface coating comprises at least one acrylic coating. 前記少なくとも1つのアクリル被覆は、ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体または自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンのうちの少なくとも一方を備える、請求項16に記載のシステム。 17. The system of claim 16, wherein the at least one acrylic coating comprises at least one of a urethane-acrylic hybrid copolymer or a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion. 前記少なくとも1つのアクリル被覆は、
前記ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体または前記自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンを備える第1のアクリル層と、
前記自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンと混合された前記ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体を備える第2のアクリル層と
を備える、請求項17に記載のシステム。
The at least one acrylic coating comprises:
a first acrylic layer comprising the urethane-acrylic hybrid copolymer or the self-crosslinking acrylic copolymer emulsion;
18. The system of claim 17, comprising a second acrylic layer comprising the urethane-acrylic hybrid copolymer mixed with the self-crosslinking acrylic copolymer emulsion.
前記ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体は、前記自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンと、20/80、80/20、または50/50のうちの1つの割合で混合する、請求項18に記載のシステム。 19. The system of claim 18, wherein the urethane-acrylic hybrid copolymer is mixed with the self-crosslinking acrylic copolymer emulsion in a ratio of one of 20/80, 80/20, or 50/50. . 前記1つまたは複数の充填物シートは、親水性材料組成を含む、請求項1に記載のシステム。 2. The system of claim 1, wherein the one or more filler sheets include a hydrophilic material composition. 前記親水性材料組成は、PVC樹脂またはビニル化合物を含む、請求項20に記載のシステム。 21. The system of claim 20, wherein the hydrophilic material composition comprises a PVC resin or a vinyl compound. 前記親水性材料組成は、成形型および真空成形加工により親水性充填物材料の1つまたは複数の層へと形成される、請求項20に記載のシステム。 21. The system of claim 20, wherein the hydrophilic material composition is formed into one or more layers of hydrophilic filler material by a mold and vacuum forming process. 前記CO2回収溶液は、低表面張力のCO2回収溶液を含む、請求項1に記載のシステム。 2. The system of claim 1, wherein the CO2 capture solution comprises a low surface tension CO2 capture solution. 前記1つまたは複数の充填物シートは、速度向上添加物または速度向上被覆のうちの少なくとも一方を含む、請求項1に記載のシステム。 2. The system of claim 1, wherein the one or more filler sheets include at least one of a speed-enhancing additive or a speed-enhancing coating. 前記1つまたは複数の充填物シートは、複数の溶解可能固体を含む、請求項1に記載のシステム。 2. The system of claim 1, wherein the one or more filler sheets include a plurality of soluble solids. 前記複数の溶解可能固体は、炭酸カルシウム(CaCO3)または炭酸カリウム(K2CO3)のうちの少なくとも一方を備える、請求項25に記載のシステム。 26. The system of claim 25, wherein the plurality of soluble solids comprises at least one of calcium carbonate ( CaCO3 ) or potassium carbonate ( K2CO3 ). 前記CO2回収溶液は、苛性回収溶液を含む、請求項1に記載のシステム。 2. The system of claim 1, wherein the CO2 recovery solution comprises a caustic recovery solution. 二酸化炭素(CO2)を回収するためのシステムを動作させる方法であって、
CO2を含む希釈気体混合物を気体-液体接触器の1つまたは複数の充填物区域へと流すステップと、
前記気体-液体接触器の前記1つまたは複数の充填物区域にわたって回収溶液を流すステップであって、前記1つまたは複数の充填物区域は、少なくとも1つの充填物シートを含み、前記少なくとも1つの充填物シートは、複数のマクロ構造を備える、ステップと、
CO2希薄ガスを生成するために、前記希釈気体混合物を前記回収溶液と反応させるステップと、
前記気体-液体接触器から前記CO2希薄ガスを放出するためにファンを動作させるステップと
を含む、方法。
A method of operating a system for capturing carbon dioxide (CO 2 ), the method comprising:
flowing a dilute gas mixture comprising CO2 into one or more packing sections of the gas-liquid contactor;
flowing a recovery solution across the one or more packing sections of the gas-liquid contactor, the one or more packing sections including at least one packing sheet, and the one or more packing sections comprising at least one packing sheet; the filler sheet comprises a plurality of macrostructures;
reacting the dilute gas mixture with the recovery solution to produce CO2 dilute gas;
operating a fan to release the CO2 dilute gas from the gas-liquid contactor.
前記少なくとも1つの充填物シートは、前記少なくとも1つの充填物シートの少なくとも一部分を覆う親水性被覆を備える、請求項28に記載の方法。 29. The method of claim 28, wherein the at least one filler sheet comprises a hydrophilic coating covering at least a portion of the at least one filler sheet. 前記親水性被覆は、少なくとも1つのアクリル被覆を備える、請求項29に記載の方法。 30. The method of claim 29, wherein the hydrophilic coating comprises at least one acrylic coating. 前記少なくとも1つのアクリル被覆は、ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体または自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンのうちの少なくとも一方を備える、請求項30に記載の方法。 31. The method of claim 30, wherein the at least one acrylic coating comprises at least one of a urethane-acrylic hybrid copolymer or a self-crosslinking acrylic copolymer emulsion. 前記少なくとも1つのアクリル被覆は、
前記ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体または前記自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンを備える第1のアクリル層と、
前記自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンと混合された前記ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体を備える第2のアクリル層と
を備える、請求項31に記載の方法。
The at least one acrylic coating comprises:
a first acrylic layer comprising the urethane-acrylic hybrid copolymer or the self-crosslinking acrylic copolymer emulsion;
and a second acrylic layer comprising the urethane-acrylic hybrid copolymer mixed with the self-crosslinking acrylic copolymer emulsion.
前記ウレタン-アクリルハイブリッド共重合体は、前記自己架橋型アクリル共重合体エマルジョンと、20/80、80/20、または50/50のうちの1つの割合で混合する、請求項32に記載の方法。 33. The method of claim 32, wherein the urethane-acrylic hybrid copolymer is mixed with the self-crosslinking acrylic copolymer emulsion in a ratio of one of 20/80, 80/20, or 50/50. . 前記親水性被覆は、セルロース層と、EVAまたはPVC接着剤のうちの少なくとも一方を含む接着層とを備える、請求項29に記載の方法。 30. The method of claim 29, wherein the hydrophilic coating comprises a cellulose layer and an adhesive layer comprising at least one of EVA or PVC adhesive. 前記親水性被覆は、ファウリング層を備える、請求項29に記載の方法。 30. The method of claim 29, wherein the hydrophilic coating comprises a fouling layer. 前記複数のマクロ構造は、波形、溝、ヘリンボーン、または通路のうちの少なくとも1つを備える、請求項28に記載の方法。 29. The method of claim 28, wherein the plurality of macrostructures comprises at least one of corrugations, grooves, herringbones, or passages. 前記少なくとも1つの充填物シートは、複数のミクロ構造を備える、請求項28に記載の方法。 29. The method of claim 28, wherein the at least one filler sheet comprises a plurality of microstructures. 前記複数のミクロ構造は、穿孔、隆条、窪み、小孔、エッチング、顆粒、または繊維のうちの少なくとも1つを備える、請求項37に記載の方法。 38. The method of claim 37, wherein the plurality of microstructures comprises at least one of perforations, ridges, depressions, pores, etchings, granules, or fibers. 前記隆条は、複数の交差流動隆条を備える、請求項38に記載の方法。 39. The method of claim 38, wherein the ridges comprise a plurality of intersecting flowing ridges. CO2を含む前記希釈気体混合物を前記気体-液体接触器の1つまたは複数の充填物区域へと流すステップは、前記1つまたは複数の充填物区域の下方に位置決めされる吸気プレナムへと前記希釈気体混合物を引き込むことを含む、請求項28に記載の方法。 Flowing the dilute gas mixture comprising CO 2 into one or more packing sections of the gas-liquid contactor includes flowing the dilute gas mixture containing CO 2 into an intake plenum positioned below the one or more packing sections. 29. The method of claim 28, comprising drawing in a dilute gas mixture. CO2を含む前記希釈気体混合物を前記気体-液体接触器の1つまたは複数の充填物区域へと流すステップは、前記希釈気体混合物を、前記1つまたは複数の充填物区域を通じて、前記回収溶液の平均液体流れ方向と平行である平均気体流れ方向において循環させることを含む、請求項40に記載の方法。 Flowing the dilute gas mixture comprising CO 2 to one or more packing sections of the gas-liquid contactor includes directing the dilute gas mixture through the one or more packing sections to the recovered solution. 41. The method of claim 40, comprising circulating in an average gas flow direction that is parallel to an average liquid flow direction of . 前記回収溶液を前記気体-液体接触器の前記1つまたは複数の充填物区域にわたって流すステップは、前記回収溶液を、0L/m2sから10L/m2sまでの範囲の液体充填速さで流すことを含む、請求項28に記載の方法。 Flowing the recovery solution across the one or more packing sections of the gas-liquid contactor comprises flowing the recovery solution at a liquid fill rate ranging from 0 L/m 2 s to 10 L/m 2 s. 29. The method of claim 28, comprising flushing. 前記少なくとも1つの充填物シートは、複数の溶解可能固体を備える、請求項28に記載の方法。 29. The method of claim 28, wherein the at least one filler sheet comprises a plurality of soluble solids. 前記複数の溶解可能固体は、炭酸カルシウム(CaCO3)または炭酸カリウム(K2CO3)のうちの少なくとも一方を備える、請求項43に記載の方法。 44. The method of claim 43, wherein the plurality of soluble solids comprises at least one of calcium carbonate ( CaCO3 ) or potassium carbonate ( K2CO3 ). 前記回収溶液は、苛性溶液を含む、請求項28に記載の方法。 29. The method of claim 28, wherein the recovery solution comprises a caustic solution.
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